Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat en ny teknik som möjliggör beröringsfri manipulation av små föremål med hjälp av ljudvågor. De använde en halvklotformad uppsättning ultraljudsgivare för att generera ett akustiskt 3D -fält som stabilt fångade och lyfte en liten polystyrenkula från en reflekterande yta. Deras teknik använder en metod som liknar laserfångning inom biologi, men kan anpassas till ett bredare spektrum av partikelstorlekar och material.

Möjligheten att flytta föremål utan att röra dem kan låta som magi, men i en värld av biologi och kemi, teknik som kallas optisk fångst har hjälpt forskare att använda ljus för att flytta mikroskopiska föremål runt i många år. Faktiskt, hälften av 2018 års Nobelpris i fysik, som tilldelades Arthur Ashkin (1922–2020) var ett erkännande för de anmärkningsvärda framgångarna med denna teknik. Men användningen av laserljus är inte utan sina brister, särskilt de begränsningar som sätts för egenskaperna hos de objekt som kan flyttas.

Gå in i akustisk fångst, ett alternativ som använder ljud istället för optiska vågor. Ljudvågor kan appliceras på ett större antal objektstorlekar och material, och framgångsrik manipulation är nu möjlig för millimeterstora partiklar. Även om de inte har funnits så länge som deras optiska motsvarigheter, akustisk svävning och manipulation visar exceptionella löften för både labinställningar och därefter. Men de tekniska utmaningar som måste övervinnas är betydande. Särskilt, det är inte lätt att individuellt och exakt styra stora grupper av ultraljudsgivare i realtid, eller för att få rätt ljudfält för att lyfta föremål långt från själva givarna, särskilt nära ytor som reflekterar ljud.

Nu, forskaren Shota Kondo och docent Kan Okubo från Tokyo Metropolitan University har kommit på ett nytt tillvägagångssätt för att lyfta upp millimeterstora föremål från en reflekterande yta med hjälp av en halvklotformad grupp av givare. Deras metod för att driva arrayen involverar inte komplex adressering av individuella element. Istället, de delar upp arrayen i hanterbara block och använder ett inverst filter som hittar den bästa fasen och amplituden för att driva dem att skapa en enda fälla på ett visst avstånd från själva givarna. Genom att justera hur de driver blocken över tiden, de kan ändra positionen för sitt målfält och flytta partikeln de har fångat. Deras resultat stöds av simuleringar av de 3D -akustiska fälten som skapas av matriserna, och naturligtvis, genom sina experiment med en polystyrenboll, som talar för sig själva.

Även om utmaningar kvarstår med att hålla partiklar fångade och stabila, denna nya teknik kan ge stora framsteg inom akustisk fällning.