Hemisphären -Array von Ultraschallwandlern hebt Objekte von reflektierenden Oberflächen ab
Forscher der Tokyo Metropolitan University haben eine neue Technologie entwickelt, die eine nichtkontakte Manipulation kleiner Objekte mit Schallwellen ermöglicht. Sie verwendeten eine halbkugelförmige Array von Ultraschallwandlern, um eine 3D -akustische Felder zu erzeugen, die stabil gefangen und eine kleine angehoben hatPolystyrolBall von einer reflektierenden Oberfläche. Obwohl ihre Technik eine Methode anwendet, die dem Laser -Fallen in der Biologie ähnelt, ist sie an eine breitere Palette von Partikelgrößen und -materialien anpassbar.
Die Fähigkeit, Objekte zu bewegen, ohne sie zu berühren, mag nach Magie klingen, aber in der Welt der Biologie und Chemie hilft Technologie, die als optisches Fangen bekannt ist, Wissenschaftlern dazu bei, mikroskopische Objekte seit vielen Jahren zu bewegen. Tatsächlich war die Hälfte des Nobelpreises für Physik 2018, der an Arthur Ashkin (1922-2020) verliehen wurde, die bemerkenswerten Errungenschaften dieser Technologie anerkannt. Die Verwendung von Laserlicht erfolgt jedoch nicht ohne Fehler, insbesondere die Grenzen der Eigenschaften der Objekte, die bewegt werden können.
Eine hemisphärische Array von Ultraschallwandlern mit Phase und Amplitudenkontrolle wird angetrieben, um ein akustisches Feld zu erzeugen, das eine Polystyrolkugel von einer reflektierenden Oberfläche fangen und heben kann. Kredit: Tokyo Metropolitan University
EingebenAkustisches Fangen, eine Alternative, die verwendetKlanganstelle von optischen Wellen. Schallwellen können auf eine breitere Palette von Objektgrößen und -materialien angewendet werden, so dass eine erfolgreiche Manipulation möglich istMillimeter-Grudierte Partikel. Obwohl sie nicht so lange da waren wie ihre optischen Gegenstücke, zeigen akustische Levitation und Manipulation ein außergewöhnliches Versprechen für beide Laboreinstellungen und darüber hinaus. Die technischen Herausforderungen, die überwunden werden müssen, sind jedoch groß. Insbesondere ist es nicht einfach, in Echtzeit die großen Arrays von Ultraschallwandlern einzeln und genau zu steuern und die richtigen Schallfelder zu erhalten, um Objekte weit weg von den Wandler selbst zu heben, insbesondere in der Nähe von Oberflächen, die den Ton widerspiegeln.
Neuartige Technik: Hemisphären -Ultraschallarrays
Jetzt haben Forscher Shota Kondo und Associate Professor Kan Okubo von der Tokyo Metropolitan University einen neuen Ansatz zur Aufhebung von Objekten in Millimetergröße von einer reflektierenden Oberfläche unter Verwendung einer halbkugelförmigen Array von Wandlern entwickelt. Ihre Methode, das Array zu fahrennichtbeinhalten eine komplexe Adressierung einzelner Elemente. Stattdessen teilen sie das Array in überschaubare Blöcke auf und verwenden eineinverser FilterDas findet die beste Phase und die beste Amplitude, um sie in einiger Entfernung von den Wandlern selbst zu treiben. Indem sie die Art und Weise einstellen, wie sie die Blöcke im Laufe der Zeit fahren, können sie die Position ihres Zielfeldes ändern und das von ihnen gefangene Partikel bewegen. Ihre Ergebnisse werden durch Simulationen der 3D -akustischen Felder gestützt, die von den Arrays erzeugt werden, und natürlich durch ihre Experimente mit einem Polystyrolball, der für sich selbst spricht (siehe Video).
Obwohl die Herausforderungen darin bestehen, Partikel eingeschlossen und stabil zu halten, verspricht diese aufregende neue Technologie große Fortschritte bei der Umwandlung der akustischen Fangen von einer wissenschaftlichen Neugier zu einem praktischen Instrument im Labor und in der Industrie.
Referenz: „Acoustic-Pinzetten mit mittlerer Luft für die Nichtkontaktaufnahme mit Multi-Channel-kontrollierten Ultraschallwandler-Arrays“ von Shota Kondo und Kan Okubo, 2. Juni 2021,,Japanisches Journal of Applied Physics.
Zwei: 10.35848/1347-4065/Abfebd
Verpassen Sie nie einen Durchbruch:
Aktie.
