Акустический "притягивающий луч" создали при помощи 3D-печати и за смешные деньги

Теперь каждый, у кого дома есть 3D-принтер, сможет собрать этот научно-фантастический аппарат.

Фото Asier Marzo.

Схема демонстрирует области акустического воздействия на пойманный объект.

Иллюстрация Bruce Drinkwater.

Фантастический "притягивающий луч" (tractor beam), реальность которого была обоснована физиками в 2012 году, вызывает всё больший интерес учёных.

Одно из самых ярких событий в этой области – создание одностороннего акустического "притягивающего луча", а точнее, установки для удерживания и притягивания предметов. Авторы разработки – команда физиков из Бристольского университета (Великобритания) ― в 2015 году представили технологию перемещения небольших объектов при помощи звуковых волн. Хотя сама идея акустической левитации в науке не нова, до этого учёным не удавалось заставить предметы левитировать при помощи одностороннего излучателя (только "в перекрестии" двух).

Британские физики продолжили своё исследование: в планах было масштабирование технологии и разработка двух версий устройства. Большое должно удерживать в воздухе (на расстоянии до десяти метров) футбольный мяч, а маленькое – управлять частицами внутри человеческого тела.

Схема демонстрирует области акустического воздействия на пойманный объект.

Параллельно с этим учёные адаптировали технологию, чтобы можно было изготовить корпусные детали устройства на 3D-принтере (и даже выложили в Сеть пошаговую инструкцию, как сделать устройство своими руками).

"Изначально мы разработали гравитационный луч, но он был очень сложным и дорогим, потому что требовал использования сложной электроники – фазированной антенной решётки, — поясняет один из авторов исследования Азьер Марцо (Asier Marzo). – В этой работе мы рассказали, как сделали простой притягивающий луч, который требует только статического состояния материи".

То есть у устройства нет движущихся частей, а фазированная антенная решетка заменяется множеством излучателей, которые располагаются на полусфере и ловят нужный объект в своего рода звуковую клетку. Таким образом волны модулируются за счёт структуры, а не за счёт сложных электронных компонентов.

Звук, который теперь может исходить из одного источника, проходит через эти элементы, и "клетка" формируется под воздействием внутренней структуры напечатанного материала.

"Мы можем манипулировать простой волной с помощью так называемого метаматериала, который является, по сути, куском материала с множеством трубочек различной длины внутри. Звук проходит через эти отверстия, а когда выходит, то обладает нужной фазой, чтобы создать "притягивающий луч", — заключает Марцо.

Разработчики отмечают, что адаптировать технологию изготовления устройства для трёхмерной печати было нелегко, поскольку большинство современных 3D-принтеров всё ещё имеют довольно много ограничений, а также допускают неточности.

К тому же авторы стремились к максимальной дешевизне и простоте: в приспособлении задействованы широкодоступные компоненты с открытым исходным кодом (например, плата Arduino). Итоговая стоимость всех компонентов в Интернете составляет около 70 долларов США (чуть больше четырёх тысяч рублей по курсу на 16 января 2017 года).

Сегодня у физиков существует три конструкции устройства: они отличаются длиной звуковых волн и предназначены для разных по размеру объектов. Пока что с крупными предметами учёным работать не получается (например, захват объектов размером более половины длины волны всё ещё невозможен).

Теперь исследователи работают над максимальным упрощением и дальнейшим удешевлением своего устройства, чтобы его могли широко использовать любители.

Добавим, что технология "притягивающего луча" сегодня имеет множество потенциальных применений. Одно из перспективных направлений ― изучение влияния низкой гравитации на биологические образцы. Учёные уже любопытствуют, что будет, если, к примеру, заставить парить в воздухе эмбрион или бактерии (то есть не давать им соприкасаться со стенками сосуда, например, или же ощущать, где низ, а где верх).

Научная статья британских инженеров опубликована в издании Applied Physics Letters.

Ранее мы рассказывали, как физики научились перемещать объекты светом и перезаписывать голограммы при помощи светового луча. Напомним, что в августе этого года учёные поставили новый рекорд акустической левитации, подвесив в воздухе шарик для гольфа.