В дополнение к полностью подробному практическому видео, которое группа подготовила для широкой публики, результаты работы по разработке этого ручного акустического трактора, сделанного своими руками, появятся на этой неделе в виде статьи в открытом доступе в Applied Physics Letters от Издательство AIP.Звуковая левитация — не новость, и использование звуковых волн для толкания макроскопических объектов или создания узоров на неподвижном песке и текущей воде широко распространено на YouTube уже много лет.
Однако эта технология — это не просто звуковая левитация, использующая звук для толкания предметов.Основываясь на схожей фундаментальной физике, используемой для создания оптических ловушек на протяжении десятилетий, эти тяговые лучи соответствуют своему названию в том, что они притягивают объекты, захватывая маленькие бусинки — и даже насекомых — в их фокусах.
«Самое главное, что он может притягивать частицу к источнику», — сказал Марцо. «Очень легко вытолкнуть частицы из источника, но что сложно, так это притянуть их к источнику; привлечь частицы. Когда вы перемещаете тянущий луч, частица перемещается, но в остальном ловушка статична. Она может левитировать маленькие пластмассы. ; он также может левитировать муху и небольшие биологические образцы. Это очень удобно ".
Первые версии устройства, которые доказали, что эта концепция возможна, были не намного больше, чем эти новые версии для трехмерной печати. Однако лежащая в их основе технология была более сложной и требовала дорогостоящей электроники.Большая часть расходов возникла из-за набора активных компонентов, которые в электронном виде формируют звуковые волны, манипулируя тем, как и где они мешают, чтобы создать результирующую среду захвата объектов прямо над массивом.
«Ранее мы разработали тяговый луч, но он был очень сложным и дорогостоящим, поскольку требовал фазовой решетки, которая представляет собой сложную электронную систему», — сказал Марцо. «В этой статье мы создали простой статический притягивающий луч, для которого требуется только статический кусок материи».Простота (и доступность) этого пассивного подхода со статической материей проистекает из особой архитектуры этой материи, предназначенной для замены компонентов фазовой решетки и формирования звуковых волн структурно, а не электронным способом. Поскольку звук, который теперь может генерироваться из одного источника, проходит через эти тщательно разработанные элементы, волны формируются внутренней структурой трехмерного печатного материала.
«Мы можем модулировать простую волну, используя так называемый метаматериал, который по сути представляет собой кусок материи с множеством трубок разной длины. Звук проходит через эти трубки, и когда он выходит из метаматериала, он имеет правильные фазы для создания притягивающего луча. , — сказал Марзо.Благодаря эффекту, который в первую очередь определяется формой трубок, исследовательская группа сосредоточила свои усилия на оптимизации конструкции, чтобы ее можно было производить на обычных трехмерных принтерах, обеспечивая возможность ее создания даже любителями из дома.По словам Марзо, это в первую очередь проблема разрешения, требующая разработки, которая не страдала бы от ограниченной точности сопел 3-D принтеров более низкого уровня. «Нам нужно было очень хорошо спроектировать трубки, чтобы их можно было 3-мерно печатать на обычном 3-м принтере.
У обычного 3-мерного принтера есть много ограничений», — сказал он.После преодоления этих ограничений группа разработала остальную часть системы тягового луча, используя легкодоступные компоненты, например, от популярного поставщика электроники с открытым исходным кодом Arduino.
Они даже подготовили подробное видео с практическими рекомендациями по его строительству, ссылка на который приведена ниже.«Там будет набор инструкций со списком необходимых компонентов и пошаговое видео. Компоненты очень простые, такие как Arduino и драйвер двигателя, и все можно купить на Amazon менее чем за 50 фунтов стерлингов. (около 70 долларов) », — сказал Марзо.
Помимо серьезного впечатления гостей за ужином, эти самодельные тяговые лучи имеют много потенциальных применений и могут даже стать новым инструментом для изучения воздействия низкой гравитации на биологические образцы. Марцо отметил, что этот тип исследования «микрогравитации» уже представляет интерес, и призвал биологов найти собственное применение этому устройству.
«Недавно появилось несколько статей о том, что происходит, если мы левитируем эмбрион, как он развивается? Или что происходит, если мы левитируем бактерии?» он сказал. «Например, они обнаружили, что сальмонелла в три раза более [вирулентна], когда она левитирует.
Некоторые микроорганизмы по-разному реагируют на микрогравитацию».Существует три конструкции устройства, каждая из которых имеет профили захвата, подходящие для объектов разного размера в зависимости от используемой длины волны звука. Однако даже для полной лабораторной реализации, когда группа улавливает более тяжелые объекты и даже жидкости, улавливание объектов, длина которых превышает половину длины волны звука, по-прежнему представляет собой проблему. Для практических частот, чуть превышающих то, что люди могут слышать, это ограничивает размер ловимых объектов несколькими миллиметрами.
По мере того как Марзо и его группа работают над преодолением этой проблемы и продолжают улучшать возможности своих тракторных лучей, демократизация их технологий открывает путь для бесчисленных применений и настроек со стороны сообщества производителей. Итак, вопрос действительно в том, что бы вы сделали со своим собственным тяговым лучом?