音频技术:如何使用超声波移动塑料件以及为什么需要塑料

自1986年以来, 声镊技术就已广为人知。 它基于声悬浮现象,并使用超声波将物体举升到空中几毫米的位置。 直到最近,科学家们只能操纵一个塑料球。 现在可以一次悬浮许多物体并分别控制它们的运动。 在哈布雷(Habré)上有一篇文章专门讨论技术工作原理。 我们将讨论其潜力和类似物。


摩根照片/ CC BY

简要介绍什么是技术


西班牙Navarre人民大学和英国Bristol大学的研究人员创造了一种“盒子”形式装置,其内部上方和下方都有许多超声波发射器。 该系统总共使用512个直径小于一厘米的扬声器,以40 KHz的频率发射波。

在特殊的反射器的帮助下,工程师可以形成所谓的驻波 。 它们具有相同的幅度和频率,但相位不同。 因此,在相同大小的声波“空”部分之间以零声压形成,它们将物体保持在空中。 这些物体可以是塑料片或液体滴。 各个对象彼此独立的运动是由于驻波相位的变化而发生的。 基于反向传播方法的特殊算法对此负责。 该技术的作者其与在野外捕获并移动物体的手指进行了比较 。 使用512个扬声器,研究人员能够控制12个泡沫球。

有什么潜力


这组作者说,声悬浮(“声镊子”)可以替代另一项技术“ 光学镊子 ”,为此发现,该技术于2018年获得了诺贝尔物理学奖。 光学镊子使用激光束移动微观物体(分子和微粒)。

但是这种方法有一个缺点- 价格昂贵 ,加上激光会伤害细胞或接触的活生物体。 声学镊子没有这些缺点。 因此,建议将其用于医学和生物学研究。 例如,声镊将有助于将药物分子引导到患者身体的所需区域或进行显微外科手术。

另一个可能的应用是从三维像素或三维像素创建3D显示器和全息图。 用于产生3D投影的现有解决方案基于光反射现象,因此,这样的全息图仅在特定角度可见。 超声波将有助于从材料颗粒形成三维图像,而不会损害“屏幕”的视角。

另外, 提出了将声学镊子用于微电子产品的生产。 在超声波的帮助下,您可以移动小颗粒并自动创建设备,然后再手动收集这些设备。

到目前为止,该技术只能在空气中工作,但是在将来,作者计划评估液体中声学镊子的功能。

类似的发展


基于声悬浮原理还有其他一些发展。 首先是在哈佛创建的“液体密封”。

本发明是一种带有特殊喷嘴的打印机,其中集成了驻波发生器。 声音形成预定大小相同的液滴,并将其施加到基材上。 该设备被建议用于药品,光学材料的生产以及其他物质的精确剂量很重要的领域。

墨西哥国立自治大学的工程师介绍了另一个项目。 他们的安装使用了悬浮声和激光火花发射光谱法来检测水中的重金属。

用激光照射被测物质并转移至等离子体状态。 通过测量等离子体的光谱辐射,可以确定等离子体中各个元素的浓度。 在墨西哥大学,声学悬浮被用来将一滴水保持在一个位置。 这使得可以获得更准确和高质量的分析结果。


图片Gaetano Virgallito / CC BY-ND

此外,开发人员的决定允许使用便携式光谱仪在配备完善的实验室之外进行研究。 这将有助于研究环境条件较差的地区中水的组成,因为可以更频繁地进行分析。

来自德国科学家的第三个解决方案是使用声悬浮来产生一定形状的超声场。 这使您可以按所需顺序构建物理粒子。 预计该系统将在医学中得到应用-它将有助于改善超声治疗,例如,由于磁场的定向作用,可以更有效地恢复受损的肌肉。

通常,声悬浮的潜力是巨大的。 它既可以用于生产中, 例如用于移动高温物体,也可以用于医学中,用于执行精确的操作。 在不久的将来,我们可以预期将提出应用该技术的新方法。



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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN437438/


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