Невероятная акустическая левитация: звук как способ управлять материей
Акустическая левитация возникает, когда давление, создаваемое звуковыми волнами, передвигает тело с одной точки на другую. Этот феномен известен давно, но раньше речь шла о передвижении всего одного объекта. Способы не просто поднимать над поверхностью, но и перемещать объект в стороны, и вовсе появились совсем недавно.
Однако теперь исследователи из Испании и Великобритании достигли нового прорыва в этой необычной области физики. Они создали устройство, способное перемещать не один, а сразу несколько объектов – и все в разном направлении! Работу проводили инженеры-механики Асиер Марзо из Государственного университета Наварры в Памплоне и Брюс Дринкуотер из Университета Бристоля в Великобритании.
Новый аппарат получил название «голографический акустический пинцет» (HAT) и может быть востребован в самое ближайшее время – к примеру, в фармацевтике, где для стерильности порой необходимо перемещать вещество без физического контакта. Принцип работы устройства основан на аналогичной голографической технологии, в которой вместо излучателей звуковых волн выступают лазеры. Они тоже могут создать в воздухе определенную конфигурацию объектов в трех измерениях, но подходят далеко не для всех материалов – хотя бы потому, что испускаемым потокам фотонов необходима прозрачная среда, да и манипулировать они могут лишь частицами микрометрового размера.
HAT призван исправить этот недостаток. Он состоит из 256 динамиков, при этом диаметр каждого составляет примерно 1 см. Они обращены друг к другу через интервалы в 23 см и работаю с частотой порядка 40 килогерц. Человеческое ухо не в состоянии уловить столь высокий звук (мы улавливаем от 64 герц до 23 килогерц), а вот собакам и кошкам новое изобретение явно не по нраву.
В результате звуковые волны создают давление, достаточное для того, чтобы в воздух взлетело до 25 отдельных объектов. Сложная решетка звуковых волн позволяет манипулировать ими как угодно – лишь бы звук оставался постоянным. Для наглядной демонстрации ученые использовали шарики из пенопласта, которые выполнили в воздухе серию потрясающих маневров – от формирования икосаэра до протягивания нити через отверстие в ткани.
