Styra föremål längs förinställda banor med ljudvågor i varierande förhållanden.

StockholmÅr 2018 tilldelades Arthur Ashkin Nobelpriset i fysik för att ha uppfunnit optiska pincetter. Dessa är laserstrålar som kan kontrollera små partiklar men kräver speciella förhållanden för att fungera. Optiska pincetter fångar partiklar med hjälp av en fokuserad ljuspunkt. Dock är denna ljuspunkt svår att skapa och flytta när andra objekt befinner sig i närheten.

Romain Fleury, chef för laboratoriet för vågteknik vid EPFL, var intresserad av att flytta objekt i olika miljöer. Tillsammans med forskarna Bakhtiyar Orazbayev och Matthieu Malléjac ägnade han fyra år åt att utveckla en metod för att använda ljudvågor för att förflytta objekt. Denna teknik, som kallas wave momentum shaping, är enkel och beror inte på objektets omgivning eller fysiska egenskaper. Det enda som behövs är att veta var objektet befinner sig, och ljudvågorna sköter resten.

Huvudpunkter:

• Använder ljudvågor för att flytta objekt
• Fungerar i okontrollerade och dynamiska miljöer
• Bygger på rörelsemängdens bevarande
• Publicerad i Nature Physics

I sina experiment flyttade de runt föremål istället för att fånga dem. Denna metod finansierades av Swiss National Science Foundation (SNSF) Spark-programmet. Forskare från Universitetet i Bordeaux, Nazarbayev University och Wiens tekniska universitet samarbetade.

För labbexperimenten placerades en pingisboll på ytan av en stor vattentank, där den flöt. En kamera ovanifrån spelade in bollens position. Högtalare vid varje ände av tanken sände ut ljudvågor för att flytta bollen längs en angiven bana. Mikrofoner fångade upp ljudvågorna som reflekterades från bollen och skapade ett datamönster känt som en spridningsmatris.

Läs också:

Idag · 17:51

Reflekterande tak och solpaneler: Londons svala lösning

Forskarna använde spridningsmatrisen och kameradata för att hitta det bästa sättet att styra ljudvågorna för att hålla bollen i rörelse som önskat. Denna enkla och mångsidiga metod visar stor potential. Fleury nämnde att metoden inspirerades av en teknik som används inom optik för att fokusera spritt ljus. Detta var första gången denna idé användes för att förflytta ett objekt.

Metoden kan även styra rotationer och förflytta mer komplexa objekt, som en detaljerad modell av papper. De lade sedan till hinder i systemet för att undersöka hur det skulle hantera oregelbundna förhållanden. Genom att framgångsrikt guida bollen runt dessa hinder visade tekniken att den kan fungera i föränderliga miljöer, som till exempel inuti människokroppen.

Ljud är användbart inom medicin eftersom det är säkert och skonsamt. Vissa metoder för läkemedelsleverans använder ljudvågor för att frigöra läkemedel inne i kroppen. Detta gör det möjligt att rikta läkemedel direkt mot tumörceller. Tekniken kan också vara användbar för att studera biologi eller skapa vävnader, eftersom den kan kontrollera celler utan att skada dem eller införa föroreningar.

Fleury är entusiastisk över 3D-printing. Denna metod kan placera små partiklar på exakta platser innan de förvandlas till solida objekt. Forskarna tror att denna metod också kan fungera med ljus. Deras nästa steg är att arbeta i mindre skala. De har fått finansiering från SNSF för att prova att använda ultraljudsvågor för att flytta celler under ett mikroskop.