När en fläkt blåser luft över ett rum, luftflödet saktar vanligtvis ner och sprider sig. Nu i en ny studie, forskare har visat motsatsen:ett luftflöde som skapas av en noggrant kontrollerad ultraljudsgrupp kan behålla sin smala form och accelerera när den rör sig bort från källan. Forskarna förklarar att det är som om luftflödet skjuts fram av en sekvens av osynliga fläktar som flyter i mitten av luften. De förväntar sig att den accelererande luftströmmen kan ha oöverträffade tillämpningar, såsom förmågan att utföra och kontrollera kemiska reaktioner i luften.

Fysikerna, Keisuke Hasegawa et al., från University of Tokyo, RIKEN, och Nanzan University, har publicerat ett papper om den styrbara, ultraljudsdrivna luftströmmar i ett senaste nummer av Tillämpad fysikbokstäver .

Som forskarna förklarar, självaccelererande akustiska strålar har visats flera gånger tidigare i vatten och luft. En viktig aspekt av den nya studien är att strålarna kan kontrolleras, markerar den första demonstrationen av en elektroniskt styrbar makroskopisk självaccelererande stråle i ledigt utrymme.

Forskarna använde en typ av stråle som kallades en Besselstråle, som har den ovanliga egenskapen att inte sprida sig när den sprider sig, utan snarare behålla en smal, tätt fokuserad form. Forskarna genererade dessa strålar med hjälp av en fasad grupp av cirka 1000 ultraljudsgivare. Varje givare omvandlar en elektrisk signal till en ultraljudsvåg, och avstämning av vågfronterna för dessa utsända vågor styr luftflödets riktning. Ultraljudsfältet producerar också rörelseenergi, som påskyndar luftströmmen när den sprider sig framåt. I experiment, forskarna visade att platsen med den högsta hastigheten kan placeras en fot eller mer från ljudkällan.

En av de mest intressanta funktionerna hos strålen är att det inte behövs att luta ultraljudsarrayen för att styra strålriktningen. Istället, strålen är elektroniskt styrbar genom att ställa in vågfronterna, som bildar en lutad stråle utan att luta matrisen. Forskarna visade också att luftflödet är tillräckligt kraftfullt för att kännas av handen och för att leda vattenånga i önskad riktning.

Forskarna förväntar sig att förmågan att generera ett luftflöde med dessa unika egenskaper kommer att leda till nya applikationer, som att utföra kemiska reaktioner i luften, provtagning av en gaskoncentration, och i studier av etologi, som att undersöka hur djur reagerar på feromoner i luften.

"Djur reagerar på fysiologiska ämnen i luften, såsom feromon, "Berättade Hasegawa Phys.org . "Vi förväntar oss att sådana ämnen kan överföras till måldjur och observera deras reaktion. Vår metod behöver inte begränsa deras rörelse eller kräva att de bär specifika instrument. Så det skulle ge en möjlighet att observera djurens naturliga reaktion."

I framtiden, forskarna planerar att ytterligare utforska metoder för att kontrollera luftflödet.

"För närvarande, vi planerar att skapa mer föredragna flöden för att transportera luftburna ämnen, "Sa Hasegawa." Till exempel, strömflöden medför turbulens, vilket försämrar den rumsliga lokaliseringen av de transporterade ämnena. Vi tror att det är möjligt att göra flödet mer likt ett laminärt flöde genom att designa ultraljudsfältet på ett förfinat sätt. "

© 2017 Phys.org