Бесконтактные методы манипулирования могут быть использованы в таких отраслях, как робототехника и производство.
Исследователи из Университета Миннесоты в городах-близнецах открыли новый способ перемещения объектов с помощью ультразвука. Исследование открывает возможность использования бесконтактного манипулирования в таких отраслях, как производство и робототехника, где нет встроенного источника энергии для перемещения устройства.
Результаты исследования были опубликованы в рецензируемом научном журнале Nature Communications с открытым доступом.
Было продемонстрировано, что световые и звуковые волны могут манипулировать объектами, но объекты всегда были меньше длины волны звука или света, порядка миллиметров или нанометров соответственно. Исследовательская группа из Университета Миннесоты разработала способ перемещения крупных объектов, используя принципы физики метаматериалов.
Метаматериалы - это материалы, созданные для взаимодействия со светом, звуком и другими волнами. Разместив на поверхности объекта узоры из метаматериалов, они смогли использовать звук для направления объекта в определенном направлении без физического прикосновения к нему.
"Давно известно, что волны, свет и звук могут манипулировать объектами. Наше исследование отличается тем, что мы можем манипулировать и удерживать гораздо более крупные объекты, если сделаем поверхность метаматериалом, или "метаповерхностью", - говорит ведущий автор исследования Огген Илич, доцент кафедры машиностроения в Школе Бенджамина Мейхью при Университете Миннесоты.
Если разместить эти крошечные узоры на поверхности предмета, они могут отражать звук в любом направлении". Таким образом, можно управлять акустическими силами, действующими на объект".
Видео, показывающее, как объект с рисунком метаматериала на поверхности (слева) может управляться акустическими волнами бесконтактным способом (справа). Видео любезно предоставлено Лабораторией нанооптики и механики, Университет Миннесоты.
МИННЕАПОЛИС / ST. PAUL "С помощью этой технологии объекты можно не только двигать вперед, но и притягивать к их источнику. Она похожа на технологию тягового луча в научно-фантастических романах, таких как "Звездный путь".
Этот метод может быть полезен для перемещения объектов в таких областях, как производство и робототехника.
Мэтью Стейн, ведущий автор статьи и аспирант кафедры машиностроения Университета Миннесоты, говорит: "Бесконтактное манипулирование является актуальной областью исследований в оптике и электромагнетике, но это исследование предлагает другой метод бесконтактного манипулирования, который имеет преимущества перед другими методами". Кроме того, это захватывающий способ расширить наши знания в области физики!".
Хотя это только доказательство концепции, команда планирует в будущем испытать более высокие длины волн, различные материалы и объекты разных размеров.
Илитч говорит: "Во многих областях науки и техники, особенно в робототехнике, существует необходимость в перемещении объектов и передаче сигналов для обеспечения определенного управления." Это часто делается с задачами, которые требуют "физической привязки" или "какого-то источника питания". Я думаю, что это новое направление, в котором объекты можно перемещать без физического контакта, а движение можно контролировать, просто программируя то, что находится на поверхности объекта. Это обеспечивает новый механизм для бесконтактного приведения в действие объектов".
Исследование проводилось при поддержке Института робототехники Миннесоты и Управления научных исследований ВВС.
Помимо Илич и Штейна, в исследовательскую группу входили студент бакалавриата Сэм Келлер и аспирант Юджи Луо с кафедры машиностроения Университета Миннесоты.
