La technologie des
pincettes acoustiques est connue depuis 1986. Il est basé sur le phénomène de
lévitation acoustique et utilise des ondes ultrasonores pour soulever des objets de quelques millimètres dans l'air. Jusqu'à récemment, les scientifiques ne pouvaient manipuler qu'une seule balle en plastique. Il est maintenant possible de léviter de nombreux objets à la fois et de contrôler leur mouvement séparément. Sur Habré,
un article est consacré aux principes du travail technologique. Nous parlerons de son potentiel et de ses analogues.
Photo Morgan / CC BYEn bref sur ce qu'est la technologie
Des chercheurs de l'Université populaire de Navarre en Espagne et de l'Université de Bristol au Royaume
- Uni
ont créé une installation sous la forme d'une sorte de «boîte», à l'intérieur de laquelle se trouvent des réseaux d'émetteurs ultrasoniques au-dessus et en dessous. Au total, le système utilise 512 haut-parleurs d'un diamètre inférieur à un centimètre, émettant des ondes à une fréquence de 40 KHz.
À l'aide de réflecteurs spéciaux, les ingénieurs peuvent former ce qu'on appelle
des ondes stationnaires . Ils ont la même amplitude et fréquence, mais diffèrent en phase. Ainsi, entre les ondes sonores des sections "vides" de même taille se forment avec une
pression acoustique nulle, elles retiennent des objets en l'air. Ces objets peuvent être soit des morceaux de plastique, soit des gouttes de liquide. Le mouvement des objets individuels indépendamment les uns des autres se produit en raison d'un changement dans la phase des ondes stationnaires. Un algorithme spécial basé sur la méthode de
rétropropagation en est responsable. Les auteurs de la technologie la
comparent à des doigts qui capturent et déplacent des objets dans le champ. À l'aide de 512 haut-parleurs, les chercheurs ont pu contrôler 12 billes de mousse.
Quel est le potentiel
Selon les auteurs, la lévitation acoustique («pincettes acoustiques») peut remplacer une autre technologie - les «
pincettes optiques », pour la découverte desquelles le prix Nobel de physique a été décerné en 2018. Les pincettes optiques utilisent un faisceau laser pour déplacer des objets microscopiques (molécules et particules).
Mais cette approche a un inconvénient - elle est
coûteuse , et un laser peut endommager les cellules ou les organismes vivants au contact. Les pincettes acoustiques sont dépourvues de ces défauts. Par conséquent, il est proposé de l'utiliser en médecine et en recherche biologique. Par exemple, des pincettes acoustiques aideront à diriger les molécules de médicament vers la zone souhaitée du corps du patient ou à effectuer des opérations microchirurgicales.
Une autre
application possible est la création d'affichages 3D et d'hologrammes à partir de
voxels , ou pixels tridimensionnels. Les solutions existantes pour générer des projections 3D sont basées sur les phénomènes de réflexion de la lumière, et donc de tels hologrammes ne sont visibles que sous un certain angle. L'échographie aidera à former des images tridimensionnelles à partir de particules de matière, ce qui ne compromettra pas les angles de vision des «écrans».
Il est également
proposé d' utiliser des pincettes acoustiques
pour la production de microélectronique. À l'aide d'ultrasons, vous pouvez déplacer de petites particules et automatiser la création d'appareils qui n'étaient jusqu'alors collectés qu'à la main.
Jusqu'à présent, la technologie ne peut fonctionner que dans l'air, mais à l'avenir, les auteurs prévoient d'évaluer les capacités des pinces acoustiques dans un liquide.
Développements similaires
Il existe plusieurs autres développements basés sur le principe de la lévitation acoustique. Le premier d'entre eux est le «joint liquide» qui a été
créé à Harvard.
L'invention est une imprimante à buse spéciale, dans laquelle un générateur d'ondes stationnaires est intégré. Le son forme des gouttelettes de liquide de la même taille prédéterminée et les applique sur le substrat. Le dispositif est proposé pour être utilisé dans les produits pharmaceutiques, la production de matériaux optiques et d'autres domaines où le dosage exact d'une substance est important.
Un autre projet a été présenté par des ingénieurs de l'Université nationale autonome du Mexique. Leur installation
utilise la lévitation acoustique et
la spectrométrie d'émission laser-étincelle pour détecter les métaux lourds dans l'eau.
La substance d'essai est irradiée avec un laser et transférée dans un état
plasmatique . En mesurant le rayonnement spectral d'un plasma, on peut déterminer la concentration d'éléments individuels en lui. À l'Université du Mexique, la lévitation acoustique a été utilisée pour maintenir une goutte d'eau dans une position. Cela permet d'obtenir des résultats d'analyse plus précis et de haute qualité.
Photo Gaetano Virgallito / CC BY-NDDe plus, la décision des développeurs a permis de mener des recherches en dehors du laboratoire équipé à l'aide de spectromètres portables. Cela aidera à l'étude de la composition de l'eau dans les régions où les conditions environnementales sont mauvaises, car les analyses peuvent être effectuées plus souvent.
La troisième solution des scientifiques allemands
utilise la lévitation acoustique pour créer un champ ultrasonique d'une certaine forme. Cela vous permet de construire des particules physiques dans l'ordre souhaité. On s'attend à ce que le système trouve une application en médecine - il contribuera à améliorer le traitement par ultrasons, par exemple, pour restaurer plus efficacement les muscles endommagés en raison de l'action dirigée du champ.
En général, le potentiel de lévitation acoustique est vaste. Il peut être utilisé à la fois en production,
par exemple pour déplacer des objets chauds, et en médecine - pour effectuer des opérations précises. Dans un avenir proche, nous pouvons nous attendre à ce que de nouvelles façons d'appliquer la technologie soient proposées.
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