Исследователи Университета городов-побратимов Миннесоты открыли новый метод перемещения объектов с помощью ультразвуковых волн. Исследование открывает двери для использования бесконтактных манипуляций в таких отраслях, как производство и робототехника, где устройствам не нужен встроенный источник питания для движения.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Хотя ранее было продемонстрировано, что световые и звуковые волны могут манипулировать объектами, объекты всегда были меньше, чем длина волны звука или света, или порядка миллиметров или нанометров соответственно. Команда Университета Миннесоты разработала метод, который может перемещать более крупные объекты, используя принципы физики метаматериалов.

Метаматериалы — это материалы, искусственно созданные для взаимодействия с волнами, такими как свет и звук. Поместив образец метаматериала на поверхность объекта, исследователи смогли использовать звук, чтобы направлять его в определенном направлении, не касаясь его физически.

«Мы уже давно знаем, что волны, свет и звук могут манипулировать объектами. Что отличает наше исследование, так это то, что мы можем манипулировать и улавливать гораздо более крупные объекты, если сделаем их поверхность метаматериальной поверхностью или «метаповерхностью», — сказал Огнен. Илич, старший автор исследования и доцент Бенджамина Мэйхью на факультете машиностроения Миннесотского университета.

«Когда мы размещаем эти крошечные узоры на поверхности объектов, мы можем отражать звук в любом желаемом направлении. При этом мы можем контролировать акустическую силу, воздействующую на объект».

Используя эту технику, исследователи могут не только перемещать объект вперед, но и притягивать его к источнику — это не слишком отличается от технологии притягивающего луча в научно-фантастических рассказах, таких как «Звездный путь».

Их метод может оказаться полезным для перемещения объектов в таких областях, как производство или робототехника.

«Бесконтактные манипуляции — это горячая область исследований в области оптики и электромагнетизма, но это исследование предлагает другой метод бесконтактного приведения в действие, который предлагает преимущества, которых могут не иметь другие методы», — сказал Мэтью Стейн, первый автор статьи и аспирант Университета. Департамента машиностроения Миннесоты. «Кроме того, помимо приложений, которые дает это исследование, расширение наших знаний в физике — это просто очень увлекательное занятие в целом».

Хотя это исследование является скорее демонстрацией концепции, исследователи стремятся в будущем проверить более высокие частоты волн, различные материалы и размеры объектов.

«Во многих областях науки и техники, особенно в робототехнике, есть необходимость перемещать объекты, преобразовывать сигнал в какое-то контролируемое движение», — сказал Илич.

«Часто это делается с помощью физических привязей или необходимости носить с собой какой-то источник энергии, чтобы иметь возможность выполнять задачу. Я думаю, что здесь мы движемся в новом направлении и показываем, что без физического контакта мы можем перемещать объекты, и это движение можно контролировать, просто запрограммировав то, что находится на поверхности этого объекта. Это дает нам новый механизм для бесконтактного приведения в действие вещей».