Ia bukan hoverboard Mattel. Tetapi satu peranti yang dibina oleh satu pasukan di Sepanyol dan Inggeris boleh melancarkan dan memanipulasi objek kecil di udara, dan mungkin di dalam air dan tisu manusia, menggunakan gelombang bunyi frekuensi tinggi. Teknologi ini memegang janji dalam pelbagai bidang dari perubatan hingga ke ruang angkasa.
Kandungan Terkait
- Menjalankan Rekod Percubaan Keretapi di Jepun
Para saintis sudah tahu bahawa gelombang bunyi menghasilkan poket berayun yang bertekanan udara, yang dapat menghasilkan daya pada objek yang mampu menahan tarikan graviti. Tetapi sementara peranti lepasan ultrasound wujud, mereka semua bergantung pada gelombang berdiri, yang dicipta apabila dua gelombang bunyi kekerapan yang sama dipancarkan dari arah yang bertentangan dan ditumpukan pada satu sama lain. Ini bermakna semua peranti sebelumnya memerlukan dua set transduser.
"Semua levitator sebelum ini terpaksa mengelilingi zarah dengan elemen akustik, yang rumit untuk beberapa jenis manipulasi, " kata pemimpin kajian Asier Marzo di Universiti Awam Navarre di Sepanyol. "Teknik kami, bagaimanapun, hanya memerlukan gelombang bunyi dari satu pihak. Ia seperti laser-anda boleh melepaskan zarah, tetapi dengan satu rasuk. "
Untuk mengembangkan teknologi mereka, Marzo dan rakan-rakannya menarik inspirasi dari hologram visual, di mana bidang cahaya diproyeksikan dari permukaan rata untuk menghasilkan satu siri "pola gangguan" yang membentuk imej 3D. Gelombang bunyi juga mampu membuat corak gangguan, sehingga prinsip yang sama dapat diterapkan.
"Pada asasnya kami menyalin prinsip hologram cahaya untuk mencipta hologram akustik ini, " kata Marzo, yang pasukannya menggambarkan kerja mereka minggu ini dalam Nature Communications .
Marzo dan pasukannya mengatur 64 transduser 16-volt kecil dalam corak grid seperti. Setiap transduser telah ditentukur untuk mengeluarkan gelombang bunyi pada 40, 000 Hertz, kekerapan yang jauh melebihi sensitiviti maksimum telinga manusia (20, 000 Hz) tetapi boleh didengar oleh haiwan lain seperti anjing, kucing dan kelawar.
Walaupun kekerapan dan kuasa setiap transduser adalah sama, saintis membuat algoritma yang memvarikan puncak dan palung relatif setiap gelombang untuk menghasilkan corak gangguan dan membuat objek akustik.
Cabarannya adalah bahawa objek-objek akustik ini tidak dapat didengar dan tidak dapat dilihat oleh manusia, jadi pasukan itu perlu mengembangkan pelbagai simulasi untuk "melihat" bunyi. Dalam pendekatan yang akan membuat sinesthete bangga, Marzo menggunakan mikrofon untuk mencontoh gelombang ultrasound yang dipancarkan oleh transduser dan kemudian memberi makan data melalui pencetak 3D, yang mereka gunakan untuk membuat visualisasi digital objek auditori.
Setelah menguji pelbagai bentuk akustik, pasukan penyelidikan menemui tiga yang paling berkesan: perangkap kembar, yang menyerupai sepasang pinset; perangkap vorteks, sama dengan puting beliung yang menangguhkan objek berputar di pusatnya; dan perangkap botol, yang melepaskan objek di ruang kosong di dalam botol.
Walaupun percubaan semasa hanya mengangkat manik Styrofoam kecil, Marzo percaya teknologi dapat dipertingkatkan untuk objek yang berbeza dengan memanipulasi kekerapan gelombang bunyi, yang menentukan saiz objek akustik, serta kuasa keseluruhan sistem, yang membolehkan pengalihan objek yang lebih ringan atau lebih berat pada jarak yang lebih jauh.
"Pengangkatan zarah oleh transduser satu sisi adalah hasil yang luar biasa yang membuka kemungkinan baru untuk teknologi pengangkut akustik, " kata Marco Aurélio Brizzotti Andrade, penolong profesor fizik di University of São Paulo yang pernah bekerja di levitation berasaskan bunyi .
"Satu aplikasi pengurangan adalah dalam manipulasi vivo - yang bermaksud melepaskan dan memanipulasi zarah-zarah di dalam badan, " kata Marzo. "Dan zarah-zarah ini boleh menjadi batu ginjal, beku, tumor dan juga kapsul untuk penyebaran dadah yang disasarkan." Pengangkatan ultrasonik tidak mengganggu pengimejan resonans magnetik, jadi doktor dapat segera memainkan tindakan semasa manipulasi vivo .
Dan apabila ia datang kepada mikromanipulasi di dalam tubuh manusia, teknologi rasuk satu sisi mempunyai kelebihan yang luar biasa terhadap teknologi gelombang berdiri dua. Sebagai permulaan, peranti levitasi berdasarkan gelombang berdiri secara tidak sengaja boleh menjerat lebih banyak zarah daripada sasaran yang dicadangkan. "Bagaimanapun, dengan levitator satu sisi, dan hanya terdapat satu titik perangkap, " katanya.
Marzo menegaskan bahawa ultrasound adalah terhad dalam keupayaannya melepaskan objek yang lebih besar: "Untuk mengambil objek bersaiz bola pantai memerlukan 1, 000 Hz. Tetapi itu memasuki julat yang boleh didengar, yang mungkin menjengkelkan atau bahkan berbahaya kepada telinga manusia. "
Teknologi ini juga mempunyai beberapa aplikasi yang menjanjikan di luar angkasa, di mana ia boleh menggantung objek yang lebih besar dalam graviti yang lebih rendah dan menghalangnya daripada hanyut tanpa kawalan. Tetapi Marzo menolak apa-apa tanggapan mengenai traktor traktor seperti Star Trek yang mampu memanipulasi manusia di Bumi.
Di bawah graviti biasa, "kuasa yang diperlukan untuk mengangkat manusia mungkin akan mematikan, " kata Marzo. "Jika anda memohon kuasa ultrasound terlalu banyak untuk cecair, anda akan mencipta microbubbles." Dengan kata lain, kuasa terlalu banyak dapat membuat darah anda mendidih.
Dalam kajian masa depan, Marzo berharap dapat bekerjasama dengan pakar ultrasound untuk memperbaiki teknologi untuk aplikasi perubatan dan memperluas pendekatan ke objek berukuran yang berbeza.
"Itulah perkara yang baik tentang bunyi, " katanya. "Anda mempunyai pelbagai frekuensi yang boleh anda gunakan untuk pelbagai aplikasi."
