6 دسامبر 2022 -توسط دانشگاه مینه سوتا
محققان دانشگاه مینه سوتا با قرار دادن یک الگوی فراماده بر روی سطح یک جسم، توانستند از صدا برای هدایت آن به سمت خاصی بدون لمس فیزیکی آن استفاده کنند. اعتبار: اولیویا هالتگرن
محققان دانشگاه مینه‌سوتا روش جدیدی برای جابجایی اجسام با استفاده از امواج فراصوت کشف کردند. این تحقیق راه را برای استفاده از جابجا بدون تماس در صنایعی مانند تولید و رباتیک باز می کند، جایی که دستگاه ها برای حرکت به منبع برق داخلی نیاز ندارند.
این مطالعه در Nature Communications منتشر شده است.
در حالی که قبلاً ثابت شده بود که امواج نور و صدا می توانند اجسام را جابجا کنند، اجسام همیشه کوچکتر از طول موج صوت یا نور یا به ترتیب از میلی متر تا نانومتر بوده اند. تیم دانشگاه مینه سوتا روشی را ابداع کرده است که می تواند اجسام بزرگتر را با استفاده از اصول فیزیک فراماده حرکت دهد.
فرامواد موادی هستند که به طور مصنوعی برای تعامل با امواج، مانند نور و صدا، مهندسی شده اند. با قرار دادن یک الگوی فراماده بر روی سطح یک جسم، محققان توانستند از صدا برای هدایت آن به سمت خاصی بدون لمس فیزیکی آن استفاده کنند.
اوگنجن ایلیچ، نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار بنجامین میهو در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه مینه سوتا گفت: “ما مدتی است می دانیم که امواج و نور و صدا می توانند اجسام را جابجا کنند. چیزی که تحقیقات ما را متمایز می کند این است که اگر سطح آنها را به صورت یک سطح فراماده یا “فراسطح” بسازیم، می توانیم اجسام بسیار بزرگتر را جابجا کرده و به دام بیاندازیم.”
وقتی این الگوهای کوچک را روی سطح اجسام قرار می‌دهیم، اساساً می‌توانیم صدا را در هر جهتی که می‌خواهیم منعکس کنیم. و با انجام این کار، می‌توانیم نیروی صوتی اعمال شده بر یک جسم را کنترل کنیم.»
با استفاده از این تکنیک، محققان نه تنها می‌توانند یک شی را به جلو حرکت دهند، بلکه آن را به سمت منبعی نیز بکشند – نه چندان متفاوت با فناوری پرتو تراکتور در داستان‌های علمی تخیلی مانند Star Trek.
روش آنها می تواند برای حرکت اجسام در زمینه هایی مانند تولید یا رباتیک مفید باشد.
متیو استاین، نویسنده اول مقاله و فارغ التحصیل گروه مهندسی مکانیک مینه سوتا می گوید: «جابجا بدون تماس یک حوزه تحقیقاتی داغ در اپتیک و الکترومغناطیس است، اما این تحقیق روش دیگری را برای فعال سازی بدون تماس پیشنهاد می کند که مزایایی را ارائه می دهد که روش های دیگر ممکن است نداشته باشند. “همچنین، خارج از کاربردهایی که این تحقیق امکان پذیر می کند، گسترش دانش ما از فیزیک به طور کلی یک کار بسیار هیجان انگیز است.”
در حالی که این مطالعه بیشتر نمایشی از این مفهوم است، هدف محققان آزمایش فرکانس‌های بالاتر امواج و مواد مختلف و اندازه‌های جسم در آینده است.
ایلیچ گفت: «در بسیاری از زمینه‌های علوم و مهندسی، به‌ویژه روباتیک، نیاز به حرکت دادن اشیا، انتقال سیگنال به نوعی حرکت کنترل‌شده وجود دارد.»
“اغلب این کار از طریق اتصالات فیزیکی یا مجبور به حمل منبعی از انرژی برای انجام یک کار انجام می شود. من فکر می کنم که ما در اینجا در جهت جدیدی ترسیم می کنیم و نشان می دهیم که بدون تماس فیزیکی، می توانیم اجسام و آن حرکت را حرکت دهیم. می‌توان به سادگی با برنامه‌ریزی آنچه روی سطح آن جسم است کنترل کرد. این به ما مکانیزم جدیدی برای فعال کردن بدون تماس اشیا می‌دهد.”
