Используя простой набор громкоговорителей, ученые выяснили способ поднять и вращать объекты в воздушном пространстве. Если усовершенствовано, этот “звуковой луч трактора” мог бы найти использование в пределах от лечения почечных камней к созданию искусственной силы тяжести на Международной космической станции.Ученые использовали звук для поднятия объектов прежде. Тот подвиг не удивителен, поскольку звук является волной давления, достаточно сильного для перемещения барабанной перепонки.
Однако вместо слышимого звукового, звукового поднятия использует более высокие сверхзвуковые частоты, которые являются вне диапазона человеческого слушания. Когда протрубили от громкоговорителей в правильной конфигурации, эти звуковые волны могут объединиться для формирования звуковых лесов, названных образцом вмешательства — своего рода силовое поле, которое может держать маленький объект наверх.Ранее, для подъема объекта ученые должны были поместить банки спикеров на противоположных сторонах его, или банк на одной стороне и звуковой отражатель на другом. В новом исследовании, сообщил онлайн сегодня по своей природе о Коммуникациях, физики достигают поднятия, использующего всего один блок спикеров на одной стороне.
Чтобы сделать это, они используют специальный алгоритм, вычисляющий, точные образцы вмешательства должны были поднять объект с помощью этого “одностороннего эмитента”. Новый метод позволяет ученым переместить плавающий объект вертикально и со стороны, но это также позволяет им вращать объект, что-то, что не могли сделать предыдущие методы.
Кроме того, односторонняя установка спикера допускает более легкий доступ и более точный контроль плавающего объекта.“Трудно перебраться, сколько раз мы попробовали и подвели”, говорит ведущий автор Брюс Дринкуотер, инженер-механик в Бристольском университете в Соединенном Королевстве. “У Вас есть это множество громкоговорителей, и Вы все время суете частицы, где Вы думаете, что они должны подняться, и затем наблюдение, что они все время опускаются”. Но с помощью алгоритма, Дринкуотер и его коллеги смогли продиктовать движение бусинки, висело ли это в воздухе, пряло на его собственной оси или танцевало поперек. “После того, как мы получили [алгоритм] работу, мы помещаем [бусинку] в, и это просто осталось там — это было абсолютно удивительно”
Алгоритм работает путем строительства самых лучших образцов вмешательства, тот, не только сохраняющий плавание бусинки, но и позволяет ему крутить и переместиться с некоторой свободой. Образец вмешательства появляется путем наладки точной синхронизации или «фаз», волн, оставляя различных спикеров. Путем урегулирования разности фаз просто право, исследователи заставляют волны объединиться, чтобы укрепить друг друга в некоторых местах и уравновесить друг друга в других местах. Таким образом они создают сложный 3D образец областей высокого давления и областей низкого давления, которые авторы называют «акустической голограммой», которая может поддержать бусинку против напряжения силы тяжести.
Поскольку алгоритм настраивает фазы, образец вмешательства и получающееся изменение голограммы, позволяя исследователям переместить бусинку.Алгоритм может вылепить акустические голограммы различных пространственных конфигураций, но Drinkwater и его бригаду, сосредоточенную на три: “близнец заманивает в ловушку”, «вихрь» и «бутылка». Двойная западня зажимает объект как пара пинцета и допускает оборот и движение объекта. Вихрь, прядущий и завлекающий бусинку в центре подобного торнадо волнения, вращающий бусинку на ее собственной оси.
Наконец, бутылка заманивает в ловушку бусинку как будто в звуковом контейнере, сохраняя его стабильным.Тони Юн Хуан, инженер-механик в Университете штата Пенсильвания, университете Парк, говорит, что надеется, что это приносит акустическую манипуляцию в центр внимания. “Не много людей работают в этой области, и не много людей признают важность его”, говорит он. Он надеется, что в будущем, Drinkwater и его коллеги соединятся с биологами и врачами для демонстрации заявлений, которые до сих пор, были невозможны исследовать.И это точно что Дринкуотер и Азиер Марзо, первый автор и вычислительный инженер в Бристольском университете, надежда сделать затем. “Моя главная цель будущего является в естественных условиях поднятием”, говорит Марзо.
Сверхзвуковые волны могут проникнуть через орган относительно мягко, он отмечает, таким образом, звуковой луч трактора мог бы использоваться для удаления почечных камней и комков, поставить загруженные препаратом капсулы различным частям тела, или управлять микрохирургическими инструментами. “Это больше не просто теоретически», говорит Марзо. «Теперь у нас есть доказательство, что мы можем сделать одностороннее поднятие, и это прокладывает путь к большому другому исследованию”.