Новое устройство для левитации, созданное инженерами из Университета Суссекса, позволяет управлять движением зависшего в воздухе предмета с особой изящностью. Оно справляется с препятствиями на пути звуковых волн, удерживающих объект над поверхностью. В принципе эта технология могла бы позволить буквально дирижировать танцем предметов в воздухе.
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что такое ультразвуковая левитация и для чего она нужна. В двух словах речь идёт об удержании предмета в воздухе за счёт накатывающихся на него снизу ультразвуковых волн.
У этой технологии есть сугубо практические приложения: например, можно удерживать в воздухе образец, который не должен контактировать с твёрдыми поверхностями. Не нужно забывать и об эстетике: танец парящих в воздухе предметов мог бы стать очень красивым и прибыльным шоу.
Однако созданию по-настоящему гибких технологий, позволяющих свободно манипулировать летающими предметами, мешают два препятствия.
Во-первых, обычные устройства не позволяют удерживать объект в воздухе, если между ним и источником ультразвука находится препятствие. Помеха просто заслоняет источник ультразвуковых волн, и лишённый поддержки предмет падает на землю. Во-вторых, обычные установки могут удержать образец над поверхностью, но не позволяют свободно управлять его движением, чтобы он, например, покачивался в такт музыке.
Исследователи создали систему, которая решает первую проблему и отчасти вторую. Их установка получила название SoundBender, что можно перевести как "изгибатель звука".
Пожалуй, самым важным элементом новой системы является ультразвуковая фазированная решётка. Она представляет собой несколько источников ультразвука, объединённых в особую структуру. Индивидуальное управление каждым излучателем в массиве позволяет создавать нужную картину звуковых волн и менять её по своему усмотрению.
Кроме того, устройство использует акустические метаматериалы. Они также отвечают за распространение звука, обеспечивая высокое пространственное разрешение генерируемой картины волн. Это также позволяет довольно точно контролировать передвижения парящего объекта.
Обе технологии уже применялись в системах ультразвуковой левитации. Однако новая разработка использует их одновременно и в таком сочетании, что они усиливают достоинства и компенсируют недостатки друг друга. Акустические метаматериалы позволяют создать детальную картину распределения звуковых волн в пространстве. Ультразвуковая фазированная решётка позволяет при необходимости быстро менять амплитуду и фазу ультразвука.
Сочетание этих подходов позволило реализовать концепцию самоизгибающихся лучей. Ранее она использовалась в строительстве для создания устойчивых к землетрясениям зданий или защиты от шума. SoundBender стал первым устройством, применяющим эту технологию в ультразвуковой левитации.
Ультразвуковые волны, генерируемые устройством, могут поддерживать предмет в воздухе, даже если им приходится огибать небольшие препятствия. Кроме того, технология позволяет управлять движением предметов более гибко, чем существующие аналоги. С помощью новой технологии можно манипулировать и нежёсткими объектами, например, пламенем свечи.
"Это значительный шаг вперёд в области ультразвуковой левитации и преодоление значительного недостатка, который мешает развитию [технологий] в этой области. Мы достигли невероятно динамичного и гибкого контроля [над левитирующим объектом], поэтому управление [его движением] в реальном времени находится всего в одном шаге", – заявляет соавтор разработки Джанлука Мемоли (Gianluca Memoli).
Теперь авторы работают над тем, чтобы сделать управление подвешенным в воздухе предметом ещё более гибким. Конечная цель состоит в том, чтобы научиться буквально дирижировать его полётом.
Ещё одно направление исследований – сделать не только ультразвуковой, но и звуковой вариант технологии. Манипуляции звуком, позволяющие направить, скажем, музыку или речь со сцены куда захочется, несомненно найдут применение в индустрии развлечений.
К слову, ранее "Вести.Наука" рассказывали о других системах акустической левитации и об установленных ими рекордах.
