Des scientifiques britanniques des physiciens de l'Université de Bristol ont développé un lévitateur acoustique, capable d'utiliser un seul faisceau ultrasonore pour se soulever dans l'air et retenir des objets plus longtemps que la longueur d'onde. Les auteurs ont annoncé une expérience réussie il y a un mois sur les pages de Physical Review Letters. Les détails de l'étude sont également publiés
ici.
Selon les physiciens, ils ont réussi à réaliser l'expérience, grâce à la création d'un vortex acoustique, qui a fait voler une balle d'un diamètre d'un centimètre et demi au-dessus de la surface de l'émetteur. Si vous n'êtes pas au courant, alors avant la longueur d'onde était une limitation fondamentale, fondamentale pour les lévitateurs acoustiques à faisceau unique. Encore plus tôt, le problème était la création même d'un lévitateur utilisant un seul faisceau. Pour obtenir l'effet, deux sources d'ultrasons ont été utilisées. Le sujet m'a paru intéressant et significatif. Sous la coupe, plus sur la lévitation acoustique des objets et l'étude des Britanniques.
Quelques mots sur la lévitation acoustique
Le wiki définit la lévitation acoustique comme
"Une position stable d'un objet de poids dans une onde acoustique stationnaire."
Ce phénomène est connu depuis 1934, quand il a été théoriquement prouvé par L. King, plus tard en 1961, les conclusions sur la possibilité du phénomène ont été faites par L.P.Gorkov.
L'essence du principe sur lequel fonctionnent les lévitateurs acoustiques est de créer des interférences d'ondes sonores cohérentes, ce qui conduit à l'apparition de zones locales d'augmentation de pression. Pour cette raison, le corps peut être maintenu dans une zone particulière de l'espace, ainsi que bouger.
Les scientifiques qui traitent du sujet de la lévitation acoustique croient au grand avenir de ce phénomène. Les projets futuristes impliquent de soulever et de déplacer divers objets, d'équiper les systèmes de gestion d'entrepôt de lévitateurs et d'appliquer dans les ports et les usines. Cependant, les lévitateurs sont encore très loin d'une telle masse et taille. L'un des domaines où de tels dispositifs pourront faire leurs preuves dans un avenir proche est celui des technologies pharmacologiques, où la lévitation acoustique est nécessaire pour augmenter le degré de purification des substances.
Digression lyrique
Enfant, dans les années 90, je jouais la stratégie de civilisation spatiale Ascendante. Dans ce document, les planètes pourraient être équipées de ce qu'on appelle faisceau tracteur (un faisceau de capture) capable d'attirer des objets de l'espace. J'ai été surpris quand j'ai vécu de voir l'invention d'un appareil similaire, quoique miniature.
Comment la taille n'a plus d'importance
Les premiers lévitateurs acoustiques à faisceau unique ont été développés par divers scientifiques, dont Asier Marzo de Bristol et le Brésilien Marco Aurelio Britzotti Andrade de l'Université de São Paulo. Ils ont pu réaliser la lévitation d'objets avec un diamètre ne dépassant pas 4 millimètres. La taille maximale des objets qu'un tel lévitateur a soulevés dans l'air aurait dû être inférieure à la longueur de l'onde stationnaire.
Cette fois, les scientifiques de Bristol ont pu surmonter cette limitation fondamentale en utilisant un algorithme spécial pour contrôler les émetteurs. Grâce au système de contrôle du rayonnement, à la forme hémisphérique et au calcul précis de la puissance des sources de rayonnement ultrasonore, il a été possible de créer des tourbillons acoustiques capables de contenir un gros objet. Le nouveau lévitateur sphérique combine 192 émetteurs ultrasoniques avec une fréquence de 40 kHz (la longueur d'onde à NU est de 0,87 cm). Les émetteurs sont montés sur la surface intérieure d'une sphère d'un diamètre de 192 mm.
Grâce à l'algorithme de contrôle du signal ultrasonique, plusieurs tourbillons sont créés avec la même hélicité et des directions différentes. Dans la zone de leur action, des régions locales de haute pression surviennent et retiennent l'objet. Le diamètre maximum de la balle que l'appareil Bristol a soulevé dans l'air est de 1,6 cm, ce qui est presque 2 fois plus que la longueur d'onde créée par l'appareil. De plus, l'appareil est capable de modifier la vitesse de rotation de la balle, en raison de changements dans la direction des tourbillons ultrasoniques.
Effets bidimensionnels inattendus
Les expériences des scientifiques ont montré que lors de la fixation d'une des coordonnées (par exemple, lorsqu'un objet est à la surface), un nouveau lévitateur de construction est capable de capturer et de faire pivoter des objets qui sont 5-6 fois plus longs que la longueur d'onde. Cet effet ouvre de nouvelles possibilités pour l'utilisation d'appareils à tourbillons acoustiques. Ils sont censés être utilisés pour créer des centrifugeuses et des systèmes de contrôle de laboratoire pour les micro et macro particules.
Résumé
Les succès de l'équipe de Bristol (Asier Marzo, Mihai Caleap et Bruce W. Drinkwater) montrent que, dans un avenir proche, des lévitateurs acoustiques seront probablement utilisés pour créer des laboratoires, puis des équipements industriels.
Peut-être que dans un avenir prévisible, la lévitation acoustique pourra remplacer le magnétique, qui est aujourd'hui activement utilisé pour créer la conception originale de divers appareils, y compris les haut-parleurs et les lecteurs de vinyle. Il est possible qu'un jour, l'humanité voit un puissant faisceau tracteur acoustique (comme dans Ascendancy), capable de fixer et de déplacer de très gros objets.