Аннотация:
Если вы видели фильм «Невероятный Халк» 2008 года, вы, вероятно, еще помните те звуковые пушки, которые использовали мощные звуковые волны для подавления зеленого гиганта. Теперь ученые из Хельсинкского университета в Финляндии в сотрудничестве с исследователями из Общественного университета Наварры в Испании и Мичиганского университета в США предоставили этой идее реалистичный прототип: «трубопровод», полностью состоящий из ультразвуковых волн, которые могут физически ограничивать и направлять поток материалов в воздухе.
Эта невидимая, невесомая труба «построена» ультразвуковыми волнами, излучаемыми 256 микродинамиками. Он может направлять жидкости, газы, порошки и даже плазму, создавая впечатление, будто эти материалы подвешены в воздухе из воздуха и медленно движутся вперед. В течение всего процесса не было слышно никаких звуков. Чтобы изменить направление потока, вам не нужно перемещать какие-либо физические части; вам просто нужно настроить работу динамиков и изменить форму невидимой трубы.
«Из всех экспериментальных устройств, которые я когда-либо видел, это, можно сказать, наиболее близко к магии». Прокомментировал Али Салми, руководитель проекта и профессор электроники Хельсинкского университета.
Источником этой идеи является предыдущий проект исследовательской группы: они использовали ультразвуковые волны для очистки материалов, прикрепленных к внутренним стенкам труб. Следуя этой идее, они далее вообразили, что если просто убрать физическую стенку трубы, чтобы не было места для прикрепления веществ, не исчезнет ли проблема на корню?
Чтобы воплотить эту идею в жизнь, исследователи провели несколько раундов проб и ошибок при выборе различных схем расположения динамиков. Последний прототип имеет 256 крошечных ультразвуковых преобразователей, расположенных вокруг цилиндрической конструкции, излучающих звуковые волны с частотой около 40 килогерц. Точно контролируя время прохождения этих звуковых волн, они формируют звуковое поле при пересечении, оказывая силу на проходящий материал и ограничивая его определенным путем. Регулировка звукового поля позволяет этому пути изгибаться или перенаправляться, в то время как физическая труба остается неподвижной. Труба-прототип имеет длину всего 8 сантиметров и потребляет около 50 Вт электроэнергии, что примерно эквивалентно старомодной лампочке накаливания.
Это всего лишь прототип, но исследования доказали, что одного звука достаточно, чтобы непрерывно направлять различные формы материи по воздуху. В то время как большинство предыдущих систем акустического манипулирования могли только поднимать в воздух и перемещать отдельные частицы или капли, новая система может обрабатывать непрерывный поток материала. В ходе эксперимента исследователи успешно направляли текущую воду, отправляли порошок в разные контейнеры, управляли туманом и потоком воздуха и даже контролировали путь выброса.
С точки зрения перспектив применения команда предполагает бесконтактную транспортировку материалов, особенно тех агрессивных и липких материалов, которые разъедают обычные трубопроводы или легко скапливаются на внутренних стенках. Эта технология также может подойти для работы с чувствительными материалами, которые очень чувствительны к загрязнению. Возможность электронного изменения направления потока в режиме реального времени также предоставляет новые возможности для точной доставки материалов в нужное место.
Однако от прототипа до настоящего ультразвукового трубопровода еще предстоит пройти долгий путь. Очевидным ограничением является разница в размерах и стоимости: для создания «трубы» длиной всего 8 сантиметров требуется 256 динамиков, а аппаратные затраты значительны. Исследователи полагают, что подобные модули можно объединить для создания гораздо более длинных конвейеров.
Еще одна проблема — интенсивность звука. По мнению исследователей, интенсивность ультразвука в центре трубы эквивалентна тому, как если бы кто-то непрерывно стрелял вам в ухо; даже вне устройства интенсивность звука сравнима с нахождением рядом с реактивным двигателем. К счастью, 40 килогерц находятся за пределами нормального диапазона человеческого слуха. На самом деле вы вообще не слышите этот рев, но лучше убедиться, что поблизости нет собак.
Соответствующие результаты исследования были опубликованы в Трудах Национальной академии наук (PNAS) США.
Комментарии