Кажущийся футуристическим концепт звуковой левитации становится все ближе к реальному практическому воплощению

За последние годы исследователи неоднократно демонстрировали различные типы систем «звукового пинцета», которые используют тщательно направленные звуковые волны для левитации капель воды, выращенного в лаборатории хряща и даже используют «акустические лучи» для подъема относительно больших объектов. Все они работают с использованием преобразователя, который посылает звуковые волны вниз к вогнутому отражателю, отбрасывающему их обратно вверх. В результате волны звука встречаются посередине, формируя новый тип волны с давлением, достаточным для удержания небольших объектов на месте.

Ученые из Токийского столичного университета стремились открыть новые горизонты в этой области, разработав систему акустического пинцета, которая может поднимать объект с твердой сцены, отражающей звук — в данном случае с деревянной доски. Для этого они разработали новый полусферический массив ультразвуковых преобразователей и преодолели ряд технических препятствий, связанных с точным управлением постоянно изменяющимися звуковыми волнами в режиме реального времени.

Команда разделила полусферический массив преобразователей на восемь блоков и поменяла полярность половин в каждом из них. Фаза и амплитуда звуковых волн, исходящих от каждого блока, были оптимизированы индивидуально, что позволило системе создать акустическую ловушку в конкретной точке пространства, которую можно смещать, изменяя поведение отдельных блоков.

Результаты работы были продемонстрированы посредством серии имитаций, а затем экспериментов с использованием массива для подъема и левитации полистиролового шара диаметром всего 3 мм над деревянной доской.

Отметим, что техника не была идеальной: мяч поднимался не всегда, а порой и терял устойчивость прямо в воздухе. Ученые надеются улучшить аппарат, параллельно работая над практическим применением этой технологии. В любом случае, это первая демонстрация «бесконтактного захвата частицы на жестком предметном столике с отражением с помощью многоканальной управляемой полусферической решетки ультразвуковых преобразователей», — пишут ученые в своей статье.