Forskare från Tokyo Metropolitan University har framgångsrikt förbättrat tekniken för att lyfta små partiklar med hjälp av ljudvågor. Deras "akustiska pincett" kunde lyfta saker från reflekterande ytor utan fysisk kontakt, men stabiliteten förblev ett problem. Nu, med hjälp av en adaptiv algoritm för att finjustera hur pincetten styrs, har de drastiskt förbättrat hur stabilt partiklarna kan lyftas. Med ytterligare miniatyrisering kan denna teknik användas i ett stort antal miljöer, inklusive rymden.

Som alla som står bredvid en högtalare kan intyga, kan ljudvågor utöva en verklig, fysisk kraft. Med rätt arrangemang av högtalare vid rätt frekvens, amplitud och fas blir det möjligt att överlagra dessa vågor och skapa ett påverkansområde som kan trycka, lyfta och hålla fysiska föremål. Sådan akustisk pincettteknik lovar helt kontaktfri, kontamineringsfri manipulering av små föremål.

Förra året insåg Dr. Shota Kondo och docent Kan Okubo från Tokyo Metropolitan University kontaktlöst lyft och rörelse av millimeterstora partiklar med hjälp av en halvklotformad grupp av små ultraljudsgivare. Givarna skulle drivas individuellt enligt en unik algoritm, vilket gör det möjligt för dem att skapa ljudtrycksfält som i slutändan lyfte och flyttade föremål. Men stabiliteten hos deras "akustiska pincett" förblev ett enastående problem.

Nu har samma team kommit på ett sätt att använda samma setup för att uppnå betydande förbättringar i hur de kan lyfta partiklar från stela ytor. Det finns två "moder" i vilka omvandlarna kan drivas, där motsatta halvor av deras hemisfäriska array drivs in och ur fas. Teamets nya insikt är att olika lägen är mer lämpade för att göra vissa saker.

Utgående från en partikel på en yta, är ett "i-fas" excitationsläge bättre för att lyfta och flytta partikeln nära ytan, med exakt inriktning av enskilda partiklar bara en centimeter från varandra. Samtidigt är ett "ur-fas"-läge mer lämpat för att föra den lyfta partikeln in i mitten av arrayen. Genom att använda en adaptiv växling mellan lägena kan de nu utnyttja det bästa av båda lägena och uppnå en välkontrollerad, stabil lyftning, såväl som mer stabilitet inuti fällan när den väl har lyfts.

Detta är ett viktigt steg framåt för en futuristisk teknik som en dag skulle kunna användas för att manipulera prover som måste hållas strikt fria från kontaminering. Teamet hoppas också att det kan hitta praktisk tillämpning i rymden en dag, där det inte är något problem att tävla mot gravitationen. Den aktuella studien är publicerad i Japanese Journal of Applied Physics . + Utforska vidare

Akustisk pincett kan plocka upp föremål utan fysisk kontakt