Ультразвуковые манипуляции
Credit: Sergio Larripa, Asier Marzo and Bruce Drinkwater
Двое ученых-энтузиастов разработали голографический акустический пинцет (holographic acoustic tweezers), систему манипулирования объектами в трехмерном пространстве с помощью звуковых волн. Асьер Марсо Перес (Asier Marzo-Pérez) из Общественного университета Наварры (Public University of Navarre) и Брюс Дринкуотер (Bruce Drinkwater) из Бристольского университета (University of Bristol) поведали миру о своей работе и ее возможных прикладных применениях на страницах американского научного журнала Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Голографические лазерные (или оптические) пинцеты известны человечеству относительно давно, однако их можно использовать для передвижения с помощью лазерного света лишь очень маленьких, по сути, микроскопических объектов. В акустических пинцетах для манипулирования частицами используются звуковые волны, которые позволяют работать с объектами сантиметрового масштаба. Однако в предыдущих версиях подобных устройств не удавалось добиться индивидуального контроля над отдельными частицами, они могли двигаться только группой. В своем новом эксперименте Марсо Перес и Дринкуотер сумели создать систему, способную одновременно управлять множеством объектов по отдельности.
Экспериментальная конструкция состоит из двух массивов небольших ультразвуковых преобразователей, размещенных на импровизированных стенах друг напротив друга. Оба массива соединены с компьютером, который, в свою очередь, контролирует звук, издаваемый элементами по отдельности. Всего используется 256 излучателей, диаметр каждого из которых равен сантиметру.
Внутри установки на нижней плоскости размещают крошечные объекты, после чего те с помощью направленного воздействия звуковых волн поднимаются в воздух и как бы левитируют. Устройство работает в диапазоне примерно 40 кГц, что значительно выше, чем способен услышать человек. Изменяя характеристики звуковых волн, издаваемых динамиками, оператор может манипулировать объектами, находящимися внутри конструкции, передвигая их в заданном направлении. В своих экспериментах ученые управляли пенополистироловыми шариками от одного до трех миллиметров в диаметре. Тестовые шарики в количестве до 25 штук одновременно выполняли в воздухе синхронные движения, чем-то напоминающие танец.
Ученые считают, что в будущем с помощью устройств, созданных на базе их системы, можно будет проводить неинвазивные медицинские процедуры и исследования внутри человеческого тела. Еще одна сфера применения – работы с небольшими объектами, где требуется высокая точность и стерильность манипуляций. Помимо прочего, на базе этой технологии можно создать дисплеи нового типа, в которых роль пикселей будут выполнять парящие частицы, уверены они.