| Источник

Свободное парение: Новая система создаёт левитацию благодаря звуковым волнам

Исследователи сообщают, что им удалось заставить объекты левитировать с помощью звуковых волн, и более того – перемещаться в воздухе.

Учёные используют звуковые волны для поддержания объектов в воздухе уже многие десятилетия, но новый метод, который был недавно описан в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», продвинулся на шаг вперёд, позволив исследователям манипулировать подвешенными объектами не прикасаясь к ним.

Техника такой левитации может помочь создавать сверхчистые химические смеси без загрязнений, что может оказаться весьма полезно для производства стволовых клеток и других биологических материалов.

В течение вот уже более века учёные предлагают идею использовать давление звуковых волн, чтобы заставлять объекты парить в воздухе. По мере своего движения звуковые волны производят изменения в давлении воздуха – сдавливая вместе некоторые молекулы воздуха и раздвигая другие.

Поместив объект в определённой точке звуковой волны, можно идеально точно сбалансировать силу гравитации силой звуковой волны, позволяя объекту парить в этой точке.

В предыдущих опытах с левитационными системами, учёные использовали преобразователи для создания звуковых волн, и отражатели, чтобы отражать их обратно, создавая таким образом стоячие волны.

«Стоячая волна подобна тому, как если бы вы дёргали за гитарную струну», рассказывает соавтор исследования Дэниел Форести, инженер механики из ETH Цюрих, Швейцария. «Струна движется вверх и вниз, но есть две точки, в которых она неподвижна».

С помощью этих волн учёным удалось заставить левитировать лабораторную мышь и мелкие капли жидкости.

Свободное парение: Новая система создаёт левитацию благодаря звуковым волнам

Но затем исследования зашли в тупик.

Акустическая левитация скорее похожа на лабораторный фокус, нежели на полезный инструмент: её мощности хватает только на левитирование относительно мелких объектов; она не может левитировать жидкости, не расплёскивая их, и объекты в этих опытах нельзя перемещать.

Форести же и его коллеги нашли выход из положения, спроектировав крошечные преобразователи, достаточно мощные, чтобы левитировать предметы, но достаточно компактные, чтобы располагать их вместе.

Постепенно отключая один преобразователь, и одновременно усиливая соседний, новый метод создаёт движущуюся точку равновесия, позволяя учёным перемещать объект в воздухе. Таким способом можно левитировать даже длинные и тонкие предметы.

Новая система позволяет поднимать тяжёлые объекты, и при этом обеспечивает достаточно контроля, чтобы жидкости оставались целостными, не разлетаясь на множество отдельных капель, говорит Форести. Весь процесс контролируется автоматически.

Система излучает звуковые волны, которые могли бы разорвать барабанные перепонки, с уровнем шума в 160 децибел, что примерно равно рёву взлетающего истребителя. Однако волны, которые учёные использовали в своём эксперименте, имеют частоту в 24 килогерца – как раз над верхним пределом слышимости человека.

В настоящее время объекты в этой системе можно перемещать лишь в одном измерении, но исследователи надеются разработать метод, который позволит передвигать их уже в двух измерениях, говорит Форести.

Новая система является крупным шагом вперёд, как с теоретической, так и с практической точки зрения, и может позволить, к примеру, смешивать стволовые клетки в сверхчистые смеси, не боясь возможных загрязнений от используемых инструментов.


Комментарии: (0)

Оставить комментарий

Представьтесь, пожалуйста