Förra året Asier Marzo, sedan doktorand vid Public University of Navarra, hjälpt till att utveckla den första ensidiga akustiska traktorstrålen-det vill säga den första insikten om att fånga och dra ett objekt med hjälp av ljudvågor från endast en riktning. Nu forskningsassistent vid University of Bristol, Marzo har lett ett team som anpassat tekniken till att vara, för alla avsikter och ändamål, 3D kan skrivas ut av vem som helst (med viss montering krävs, självklart).

Förutom en fullständigt detaljerad instruktionsvideo som gruppen tog fram för allmänheten, resultaten av arbetet med att utveckla denna gör-det-själv, handhållen akustisk traktorstråle kommer att visas denna vecka som ett öppet papper i Tillämpad fysikbokstäver .

Sonisk levitation är inte ny, och användningen av ljudvågor för att skjuta runt makroskopiska föremål, eller skapa mönster i vilande sand och rinnande vatten, är utspridd över hela YouTube och har varit det i flera år. Denna teknik, dock, är inte bara sonisk svävning, använda ljud för att skjuta runt föremål.

Baserat på liknande grundläggande fysik som används för att skapa optiska fällor i årtionden, dessa traktorbalkar är sanna mot sitt namn genom att de drar föremål, fånga små pärlor - och till och med insekter - vid deras fokus.

"Det viktigaste är att det kan locka partikeln mot källan, "sa Marzo." Det är väldigt lätt att skjuta partiklar från källan, men det som är svårt är att dra dem mot källan; för att locka till sig partiklarna. När du flyttar traktorstrålen, partikeln rör sig, men annars är fällan statisk. Det kan sväva små plaster; det kan också sväva en fluga och små biologiska prover. Det är ganska praktiskt. "

De första versionerna av enheten som bevisade att konceptet var möjligt var inte mycket större än dessa nya, 3D-utskrivbara versioner. Dock, deras underliggande teknik var mer komplex och krävde dyr elektronik.

Mycket av kostnaden uppstod från uppsättningen av aktiva komponenter som elektroniskt formade ljudvågor, manipulera hur och var de stör för att skapa den resulterande objekt-fångande miljön strax ovanför matrisen.

"Tidigare utvecklade vi en traktorbalk, men det var mycket komplicerat och dyrt eftersom det krävde en fasmatris, som är ett komplext elektroniskt system, "Sa Marzo." I den här artikeln, vi gjorde en enkel, statisk traktorstråle som bara kräver en statisk materia. "

Enkelheten (och prisvärdheten) hos denna passiva, det statiska materialet kommer från den speciella arkitekturen i den frågan, utformad för att ersätta fasmatrisens komponenter och att forma ljudvågor strukturellt istället för elektroniskt. Som ljudet, som nu kan genereras från en enda källa, passerar genom dessa noggrant utformade element, vågorna formas av den inre strukturen hos det 3D-tryckta materialet.

"Vi kan modulera en enkel våg med hjälp av det som kallas ett metamaterial som i grunden är en materia med många rör av olika längd. Ljudet passerar genom dessa rör och när det lämnar metamaterialet, den har rätt faser för att skapa en traktorstråle, "sa Marzo.

Med en effekt som främst bestäms av rörens form, forskargruppen fokuserade på att optimera designen för att tillåta tillverkning med vanliga 3D-skrivare, säkerställa att den kan byggas även av hemma-hobbyister.

Enligt Marzo, detta var främst en utmaning i resolutionen, kräver en design som inte skulle drabbas av den begränsade precisionen hos 3D-skrivarmunstycken med lägre ände. "Vi behövde konstruera rören mycket bra så att de kunde skrivas ut i 3D med en vanlig 3D-skrivare. En normal 3D-skrivare har många begränsningar, " han sa.

Med dessa begränsningar övervinnas, gruppen utvecklade resten av traktorbalksystemet med hjälp av lättillgängliga komponenter, som från den populära open-source elektronikleverantören, Arduino. De producerade till och med en detaljerad instruktionsvideo för dess konstruktion, en länk som ingår nedan.

"Det kommer att finnas en uppsättning instruktioner med en lista över de komponenter som behövs och en steg-för-steg-video. Komponenterna är mycket enkla, som en Arduino och en motorförare, och allt kan köpas på Amazon för mindre än £ 50 (cirka $ 70), "Sa Marzo.

Förutom att verkligen imponera på middagsgäster, dessa DIY-traktorbalkar har många möjliga användningsområden och kan till och med bli ett nytt verktyg för att studera effekter med låg gravitation på biologiska prover. Marzo påpekade att denna typ av "mikro-gravitation" -forskning redan är av intresse och uppmuntrade biologer att hitta sina egna applikationer för enheten.

"Nyligen har det kommit flera papper om vad som händer om vi svävar ett embryo, hur utvecklas det? Eller vad händer om vi svävar bakterier? "Sa han." Till exempel, de upptäckte att salmonella är tre gånger mer [virulent] när den svävs. Vissa mikroorganismer reagerar olika på mikrogravitation. "

Det finns tre utföranden av enheten, var och en med infångningsprofiler lämpliga för olika objektstorlekar i förhållande till våglängden för ljud som används. Dock, även för hela laboratorieimplementeringen där gruppen fångar upp tyngre föremål och till och med vätskor, att fånga föremål som är större än hälften av ljudets våglängd utgör fortfarande en utmaning. För praktiska frekvenser, precis över vad människor kan höra, detta begränsar storleken på fällbara föremål till några millimeter.

När Marzo och hans grupp arbetar för att övervinna denna utmaning och fortsätter att förbättra kapaciteten hos deras traktorbalkar, demokratiseringen av deras teknik banar väg för otaliga användningsområden och tweaks från tillverkarsamhället. Så, frågan är egentligen - vad skulle du göra med din egen traktorbalk?