Команда дослідників з Університету міст-побратимів Міннесоти знайшла спосіб маніпулювати об’єктами за допомогою ультразвукових хвиль, прокладаючи шлях для безконтактного руху в таких галузях, як виробництво та робототехніка, без потреби у внутрішньому джерелі живлення. Висновки були опубліковані в рецензованому журналі Nature Communications.
Хоча раніше було продемонстровано, що світлові та звукові хвилі можуть маніпулювати об’єктами, об’єкти завжди були меншими за довжину хвилі звуку чи світла або порядку міліметрів до нанометрів відповідно. Команда Університету Міннесоти розробила метод, який може переміщувати більші об’єкти, використовуючи принципи фізики метаматеріалів.
Метаматеріали — це матеріали, які штучно створені для взаємодії з хвилями, як-от світло чи звук. Розмістивши візерунок метаматеріалу на поверхні об’єкта, дослідники змогли використовувати звук, щоб направити його в певному напрямку, не торкаючись до нього фізично.
«Ми деякий час знали, що хвилі, світло і звук можуть маніпулювати об’єктами. Наше дослідження відрізняє те, що ми можемо маніпулювати й захоплювати набагато більші об’єкти, якщо ми перетворимо їхню поверхню на метаматеріальну або «метаповерхню», – сказав Огнєн Іліч, старший автор дослідження та доцент Бенджаміна Мейх’ю в Університеті Міннесоти. Кафедра машинобудування. «Коли ми розміщуємо ці крихітні візерунки на поверхні предметів, ми можемо фактично відбивати звук у будь-якому напрямку. І роблячи це, ми можемо контролювати акустичну силу, яка діє на об’єкт».
Використовуючи цю техніку, дослідники можуть не лише рухати об’єкт вперед, але й тягнути його до джерела, що не дуже відрізняється від технології притягуючого променя в науково-фантастичних історіях, як-от «Зоряний шлях».
Їхній метод може виявитися корисним для переміщення об’єктів у таких сферах, як виробництво чи робототехніка.
«Безконтактна маніпуляція є гарячою областю досліджень оптики та електромагнетизму, але це дослідження пропонує інший метод безконтактної активації, який пропонує переваги, яких інші методи можуть не мати», — сказав Метью Стайн, перший автор статті та аспірант університету. департаменту машинобудування Міннесоти. «Крім того, поза програмами, які дає змогу це дослідження, розширення наших знань з фізики є просто дуже захоплюючою справою!»
Хоча це дослідження є скоріше демонстрацією концепції, дослідники прагнуть випробувати вищі частоти хвиль і різні матеріали та розміри об’єктів у майбутньому.
«У багатьох галузях науки та техніки, особливо в робототехніці, існує потреба рухати речі, передавати сигнал у якийсь керований рух», — сказав Іліч. «Часто це робиться через фізичні прив’язки або необхідність носити з собою якесь джерело енергії, щоб мати можливість виконати завдання. Я думаю, що тут ми малюємо новий напрямок і показуємо, що без фізичного контакту ми можемо рухати об’єкти, і що рухом можна керувати, просто програмуючи те, що знаходиться на поверхні цього об’єкта. Це дає нам новий механізм безконтактного приводу в дію».