Diriger des objets sur des trajectoires prédéfinies grâce aux ondes sonores

ParisEn 2018, Arthur Ashkin a reçu le prix Nobel de physique pour son invention des pinces optiques. Ces rayons laser permettent de manipuler de minuscules particules mais nécessitent des conditions spécifiques pour fonctionner. Les pinces optiques piègent les particules grâce à un point de lumière focalisé. Cependant, ce point est difficile à créer et à déplacer en présence d'autres objets.

Romain Fleury, directeur du Laboratoire d'ingénierie des ondes à l'EPFL, souhaitait déplacer des objets dans divers environnements. Avec les chercheurs Bakhtiyar Orazbayev et Matthieu Malléjac, il a passé quatre ans à développer une méthode basée sur l'utilisation des ondes sonores pour mouvoir des objets. Cette technique, appelée formage de l'élan des ondes, est simple et n'exige pas de connaissances particulières sur l'environnement ou les caractéristiques physiques de l'objet. Il suffit de connaître la position de l'objet, et les ondes sonores se chargent du reste.

Points Clés :

• Utilisation des ondes sonores pour déplacer des objets
• Fonctionne dans des environnements dynamiques et non contrôlés
• Fondé sur la conservation de la quantité de mouvement
• Publié dans Nature Physics

Lors de leurs expériences, au lieu de capturer des objets, ils les déplaçaient. Cette méthode a été financée par le programme Spark de la Fondation Nationale Suisse pour la Science (FNS). Des chercheurs de l'Université de Bordeaux, de l'Université Nazarbayev et de l'Université de Technologie de Vienne ont collaboré ensemble.

Pour les expériences en laboratoire, une balle de ping-pong a été placée à la surface d'un grand réservoir d'eau, où elle flottait. Une caméra aérienne enregistrait la position de la balle. Des haut-parleurs situés à chaque extrémité du réservoir émettaient des ondes sonores pour déplacer la balle le long d'un parcours défini. Des microphones captaient les ondes sonores qui rebondissaient sur la balle, créant ainsi un motif de données appelé une matrice de diffusion.

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Les chercheurs ont utilisé la matrice de diffusion et les données des caméras pour déterminer la meilleure manière de contrôler les ondes sonores afin de maintenir la balle en mouvement selon les besoins. Cette approche simple et polyvalente montre un grand potentiel. Fleury a mentionné que la méthode s'inspire d'une technique utilisée en optique pour focaliser la lumière diffuse. C'était la première fois que cette idée était employée pour déplacer un objet.

La méthode peut également gérer des rotations et déplacer des objets plus complexes, comme un modèle en papier détaillé. Ils ont ensuite ajouté des obstacles au système pour étudier sa capacité à gérer des conditions inégales. Le fait de guider avec succès la balle autour de ces obstacles a démontré que la technique pourrait fonctionner dans des environnements changeants, tels que l'intérieur du corps humain.

Le son, sûr et doux, trouve son utilité en médecine. Certaines méthodes de délivrance de médicaments utilisent des ondes sonores pour libérer les médicaments à l'intérieur du corps, permettant ainsi de cibler directement les cellules tumorales. Cette technique est également précieuse pour l'étude de la biologie ou l'ingénierie tissulaire, car elle permet de contrôler les cellules sans les endommager ni introduire de contaminants.

Fleury est passionné par l’impression 3D. Cette technique permet de placer des particules minuscules à des positions précises avant de les transformer en objets solides. Les chercheurs estiment que ce procédé pourrait également s’appliquer à la lumière. Leur prochaine étape consiste à travailler à une échelle plus petite. Ils ont obtenu un financement du FNS pour essayer d'utiliser des ondes ultrasonores afin de déplacer des cellules sous un microscope.