Kierowanie obiektami wzdłuż zadanych ścieżek za pomocą fal dźwiękowych w zmiennych warunkach.

WarsawW 2018 roku Arthur Ashkin zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za wynalezienie pęsety optycznej. Jest to rodzaj wiązki laserowej, która może kontrolować małe cząsteczki, ale wymaga specjalnych warunków do działania. Pęsety optyczne chwytają cząsteczki za pomocą skupionego punktu świetlnego. Jednak stworzenie i poruszanie takim punktem jest trudne w obecności innych obiektów w pobliżu.

Romain Fleury, kierownik Laboratorium Inżynierii Falowej w EPFL, miał na celu przemieszczanie obiektów w różnych środowiskach. Wraz z badaczami Bakhtiyarem Orazbayevem i Matthieum Malléjacem, Fleury przez cztery lata opracowywał metodę użycia fal dźwiękowych do przemieszczania przedmiotów. Ta technika, nazwana kształtowaniem momentu fal, jest prosta i nie zależy od otoczenia ani właściwości fizycznych obiektu. Wystarczy znać położenie przedmiotu, a resztą zajmują się fale dźwiękowe.

Główne punkty: Używa fal dźwiękowych do poruszania obiektów, działa w niekontrolowanych i dynamicznych środowiskach, opiera się na zachowaniu pędu, opublikowane w Nature Physics.

W swoich eksperymentach, zamiast przechwytywać obiekty, poruszali nimi. Ta metoda została sfinansowana przez program Spark szwajcarskiej fundacji naukowej SNSF. Badacze z Uniwersytetu w Bordeaux, Narodowego Uniwersytetu Nazarbajewa i Technicznego Uniwersytetu Wiedeńskiego współpracowali ze sobą.

Podczas eksperymentów laboratoryjnych na powierzchni dużego zbiornika wodnego umieszczono piłeczkę pingpongową, która unosiła się na wodzie. Kamera umieszczona nad zbiornikiem rejestrowała pozycję piłeczki. Głośniki znajdujące się na końcach zbiornika emitowały fale dźwiękowe, które przesuwały piłeczkę wzdłuż określonej ścieżki. Mikrofony wychwytywały fale dźwiękowe odbijające się od piłeczki, tworząc wzorzec danych znany jako macierz rozpraszania.

Zobacz również:

Dzisiaj · 17:51

Chłodniejsze dachy i panele słoneczne: ratunek dla Londynu

Naukowcy wykorzystali macierz rozpraszania oraz dane z kamery, aby znaleźć najlepszy sposób kontrolowania fal dźwiękowych, by utrzymać kulkę w ruchu według potrzeb. To proste i wszechstronne podejście wykazuje duży potencjał. Fleury wspomniał, że metoda ta była inspirowana techniką stosowaną w optyce do ogniskowania rozproszonego światła. To był pierwszy raz, kiedy ten pomysł został użyty do poruszania obiektem.

Metoda ta może również kontrolować rotacje i poruszać bardziej złożonymi obiektami, takimi jak szczegółowy model papierowy. Następnie dodali do systemu przeszkody, aby sprawdzić, jak poradzi sobie w nierównych warunkach. Pomyślne prowadzenie piłki wokół tych przeszkód pokazało, że technika ta może działać w zmieniającym się środowisku, na przykład wewnątrz ludzkiego ciała.

Dźwięk jest przydatny w medycynie, ponieważ jest bezpieczny i delikatny. Niektóre metody dostarczania leków wykorzystują fale dźwiękowe do uwalniania leków wewnątrz organizmu. Pozwala to kierować leki bezpośrednio do komórek nowotworowych. Ta technika może być również przydatna w badaniach biologicznych lub inżynierii tkanek, ponieważ umożliwia kontrolowanie komórek bez ich uszkadzania czy wprowadzania zanieczyszczeń.

Fleury jest entuzjastycznie nastawiony do druku 3D. Ten proces umożliwia umieszczanie drobnych cząsteczek w określonych miejscach, zanim staną się one solidnymi obiektami. Naukowcy przypuszczają, że ten sposób może zadziałać również z wykorzystaniem światła. Ich kolejnym krokiem jest praca w mniejszej skali. Otrzymali fundusze od SNSF, aby spróbować użyć fal ultradźwiękowych do poruszania komórkami pod mikroskopem.