Σάββατο, 27 Ιανουαρίου 2018

Ακουστική ακτίνα έλξης ίσως ανοίξει τον δρόμο για την αιώρηση ανθρώπων

Working principle of virtual vortices: intertwined short vortices of opposite directions are emitted to trap and stabilize the particle. Credit: University of Bristol

Οι ακουστικές ακτίνες έλξης (ή ελκτικές ακτίνες) χρησιμοποιούν τη δύναμη του ήχου για να συγκρατούν σωματίδια στον αέρα, και, αντίθετα με τις μεθόδους μαγνητικής αιώρησης, μπορούν να «πιάσουν» τα περισσότερα στερεά και υγρά- ή ακόμα και μικρά έντομα και τρόφιμα.

Όπως ανακοινώθηκε από το University of Bristol, ερευνητές του ήταν σε θέση να δείξουν για πρώτη φορά πως είναι δυνατή η σταθερή «παγίδευση» αντικειμένων μεγαλύτερων από το μήκος κύματος του ήχου σε μια ακουστική ακτίνα έλξης- μια ανακάλυψη η οποία ανοίγει τον δρόμο για τον έλεγχο/ τηλεχειρισμό καψουλών με φάρμακα ή μικρο-χειρουργικών εργαλείων εντός του ανθρωπίνου σώματος. Επίσης, δεν θεωρείται απίθανη η χορήγηση/ μεταφορά ουσιών και δειγμάτων άνευ κάποιου είδους δοχείου, ενώ εκτιμάται πως ίσως να πρόκειται και για ένα βήμα προς την κατεύθυνση του «ονείρου» της αιώρησης ανθρώπων.

Παλαιότερα πιστευόταν ότι οι δυνατότητες των ακουστικών ακτίνων έλξης περιορίζονταν πρακτικά στην αιώρηση μικρών αντικειμένων, καθώς όλες οι προηγούμενες προσπάθειες «παγίδευσης» σωματιδίων μεγαλύτερων του μήκους κύματος ήταν ασταθείς, με τα αντικείμενα να περιστρέφονται ανεξέλεγκτα. Αυτό οφείλεται στο ότι το περιστρεφόμενο πεδίο ήχου μεταφέρει μέρος της περιστροφικής του κίνησης στα αντικείμενα, κάνοντάς τα να περιστρέφονται όλο και γρηγορότερα, μέχρι να εκτιναχτούν.

A styrofoam particle of 1.6cm (1.88 wavelengths of sound) trapped in the centre of a 40kHz ultrasonic generator of virtual vortices. Credit: University of Bristol

Η νέα προσέγγιση, που περιγράφεται στο Physical Review Letters, χρησιμοποιεί ακουστικούς στροβίλους ταχέων διακυμάνσεων, που στην ουσία είναι παρόμοιοι με κυκλώνες ήχου: Αποτελούνται από μια δομή παρεμφερή σε κυκλώνα, με ισχυρό ήχο γύρω από έναν σιωπηλό «πυρήνα».

Styrofoam painted particles of 2mm diameter spinning inside a regular vortex. Credit: University of Bristol

Οι ερευνητές του University of Bristol ανακάλυψαν ότι ο ρυθμός περιστροφής μπορεί να ελέγχεται με υψηλό βαθμό ακριβείας μέσω ταχέων μεταβολών στην κατεύθυνση περιστροφής των στροβίλων: Αυτό σταθεροποιεί την ελκτική ακτίνα. Επίσης, στη συνέχεια ήταν σε θέση να αυξήσουν το μέγεθος του σιωπηλού πυρήνα, επιτρέποντάς του να συγκρατεί μεγαλύτερα αντικείμενα.

Δουλεύοντας με υπερηχητικά κύματα στα 40 kHz, οι ερευνητές ήταν σε θέση να κρατήσουν μια σφαίρα πολυστερίνης δύο εκατοστών με την ακτίνα: Πρόκειται για το μεγαλύτερο αντικείμενο που έχει «παγιδευτεί» ποτέ με ακτίνα έλξης, και, σύμφωνα με την έρευνα, στο μέλλον ενδεχομένως να είναι δυνατόν να γίνει το ίδιο και με πολύ μεγαλύτερα αντικείμενα.

Πηγές: Acoustic virtual vortices with tunable orbital angular momentum for trapping of Mie particles, Physical Review Letters (2018). journals.aps.org/prl/accepted/ … 0495104784e979276734 - naftemporiki.gr