Ερευνητές από το “University of Minnesota” ανακάλυψαν μια νέα μέθοδο για ανέπαφη μετακίνηση αντικειμένων, χρησιμοποιώντας μεταϋλικά και υπέρηχους. Η έρευνα ανοίγει τον δρόμο για την χρήση ανέπαφου χειρισμού από κλάδους όπως η βιομηχανία και η ρομποτική, όπου οι συσκευές δεν θα χρειάζονται πλέον κάποια ενσωματωμένη πηγή ενέργειας για να κινηθούν. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό “Nature Communications”.
Γνωρίζουμε ήδη, από προηγούμενες μελέτες, ότι τα φωτεινά και τα ηχητικά κύματα μπορούν να μετακινήσουν αντικείμενα, με μέγεθος όμως μικρότερο από το μήκος κύματος του φωτός ή του ήχου· αντικείμενα δηλαδή με διαστάσεις στην κλίμακα των νανόμετρων και των χιλιοστών, αντίστοιχα. Η μέθοδος που ανέπτυξε η ερευνητική ομάδα μπορεί να μετακινήσει μεγαλύτερα αντικείμενα χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες των μεταϋλικών.
Τα μεταϋλικά είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε να αλληλεπιδρούν με κύματα, όπως το φως και ο ήχος. Οι ερευνητές, τοποθετώντας ένα μοτίβο μεταϋλικού στην επιφάνεια ενός αντικειμένου, κατάφεραν να να το κατευθύνουν -ανέπαφα- προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, χρησιμοποιώντας κύματα υπερήχων.
«Γνωρίζουμε εδώ και καιρό ότι τα κύματα -το φως και ο ήχος- μπορούν να ελέγξουν αντικείμενα. Αυτό που καθιστά την έρευνά μας ξεχωριστή, είναι ότι μπορούμε να ελέγξουμε αρκετά μεγαλύτερα αντικείμενα, εάν μετατρέψουμε την επιφάνειά τους σε μία “μεταεπιφάνεια”, δηλαδή σε μία επιφάνεια μεταϋλικού», δηλώνει ο Ognjen Ilic, επίκουρος καθηγητής του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών στο “University of Minnesota” και επιβλέπων συν-συγγραφέας της μελέτης. «Τοποθετώντας αυτά τα μικροσκοπικά σχέδια στην επιφάνεια των αντικειμένων, μπορούμε να κάνουμε τον ήχο να ανακλαστεί προς όποια κατεύθυνση θελήσουμε, ελέγχοντας έτσι την δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο.»
Με αυτή την τεχνική, οι ερευνητές όχι μόνο μπορούν να μετακινήσουν/σπρώξουν ένα αντικείμενο προς τα εμπρός, αλλά μπορούν επίσης να το τραβήξουν και προς το μέρος της πηγής – κάτι όχι και πολύ διαφορετικό από την τεχνολογία “ακτίνας έλξης” που βλέπουμε στην επιστημονική φαντασία, όπως το Star Trek.
Η μέθοδός τους θα μπορούσε να αποδειχθεί χρήσιμη για τη μετακίνηση αντικειμένων σε τομείς όπως η βιομηχανία και η ρομποτική.
«Ο ανέπαφος χειρισμός αποτελεί έναν “καυτό” τομέα έρευνας στην οπτική και τον ηλεκτρομαγνητισμό, η συγκεκριμένη έρευνα, όμως, προτείνει μια άλλη μέθοδο για ανέπαφη ενεργοποίηση, η οποία προσφέρει πλεονεκτήματα που ίσως να μην διαθέτουν οι άλλες μέθοδοι», εξηγεί ο Matthew Stein, κύριος συγγραφέας της εργασίας.
«Σε πολλούς τομείς της επιστήμης και της μηχανικής, ειδικά σε αυτόν της ρομποτικής, υπάρχει η ανάγκη να μετακινηθούν αντικείμενα· να μετατρέψουμε ένα σήμα σε κάποιου είδους ελεγχόμενη κίνηση», λέει ο Ilic. “Συχνά αυτό γίνεται μέσω φυσικής πρόσδεσης ή με το να κουβαλάμε μαζί μας κάποια πηγή ενέργειας. Νομίζω ότι χαράζουμε έναν νέο δρόμο, εδώ, δείχνοντας ότι μπορούμε να μετακινήσουμε αντικείμενα χωρίς φυσική επαφή, και ότι η κίνηση μπορεί να ελεγχθεί απλά προγραμματίζοντας αυτό που βρίσκεται στην επιφάνεια αυτού του αντικειμένου.»
Παρά το ότι η μελέτη αποτελεί περισσότερο απλώς μια επίδειξη της ιδέας, στόχος των ερευνητών είναι να πειραματιστούν με υψηλότερες συχνότητες κυμάτων, καθώς και με διαφορετικά υλικά και μεγέθη αντικειμένων στο μέλλον.
Παραπομπές: Matthew Stein, Sam Keller, Yujie Luo, Ognjen Ilic. Shaping contactless radiation forces through anomalous acoustic scattering. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-34207-7
Πηγή: https://www.sciencedaily.com/
