Звуковые волны можно использовать для перемещения предметов
Звуковые волны стали мощной альтернативой манипуляциям с микроскопическими частицами, которые традиционно осуществлялись с помощью оптических пинцетов - технологии, которую отстаивал лауреат Нобелевской премии Артур Эшкин.
Однако для эффективной работы этих инструментов необходимы статичные и контролируемые условия. Столкнувшись с ограничениями оптических пинцетов в динамических условиях, исследователи обратились к инновационному подходу.
Под руководством Ромена Флери из Лаборатории волновой инженерии EPFL этот метод призван по-новому определить точность в неконтролируемых условиях, используя принципы формирования волнового импульса.
Что такое звуковые волны?
Звуковые волны - это колебания, проходящие через какую-либо среду, например воздух, воду или твердые материалы. Эти волны возникают, когда объект вибрирует, заставляя колебаться окружающие его молекулы.
Эти колебания создают области сжатия и разрежения, в которых частицы сближаются или раздвигаются, соответственно. Эти чередующиеся области распространяются через среду в виде волны.
Звуковые волны характеризуются частотой, длиной волны и амплитудой. Частота, измеряемая в герцах (Гц), определяет высоту звука, при этом более высокие частоты дают более высокие тона.
Длина волны - это расстояние между двумя последовательными точками сжатия или разрежения, а амплитуда - это высота волны, которая влияет на громкость звука.
Человек воспринимает звук, когда эти волны достигают уха, заставляя барабанную перепонку вибрировать. Затем эти колебания преобразуются внутренним ухом в электрические сигналы и интерпретируются мозгом, что позволяет нам слышать и распознавать различные звуки.
Звуковые волны как инструмент: Просто, но эффективно
В основе этого нового метода, получившего название "формирование волнового импульса", лежит использование звуковых волн.
Исследовательская группа под руководством Ромена Флери из Лаборатории волновой инженерии EPFL разработала методику, которая позволяет перемещать объекты независимо от их окружения и физических свойств.
Все, что нужно, - это положение объекта, а со всем остальным справляются звуковые волны, мягко подталкивая предметы, как можно подтолкнуть клюшкой хоккейную шайбу. Эта аналогия становится буквальной в их экспериментах.
Представьте себе плавающий на воде шарик для пинг-понга, которым управляют звуковые волны, излучаемые из динамиков. Расположенный в большом аквариуме, подвесная камера фиксирует положение мяча, а звуковые волны направляют его по заданному пути. Взаимодействие шара со звуковыми волнами анализируется в режиме реального времени, что позволяет точно контролировать его движение.
Расширение возможностей
Исследователи не ограничились перемещением сферических объектов. Их эксперименты также включали управление вращением объектов и маневрирование более сложными формами, такими как оригами-лотос.
В основе метода лежит принцип сохранения импульса, который придает ему простоту и универсальность.
Именно этот простой и в то же время гибкий подход делает формирование волнового импульса перспективной технологией для различных применений.
Перспективные применения в медицине и не только
Потенциал этой технологии простирается далеко в область биомедицины, где она может произвести революцию в способах применения лекарств.
Например, она может усовершенствовать системы доставки лекарств, направляя их непосредственно в целевые области, такие как опухолевые клетки.
Этот метод предлагает неинвазивную альтернативу, которая может снизить риски, связанные с традиционными методами доставки лекарств.
Кроме того, применение этого метода в тканевой инженерии позволит избежать загрязнения или повреждения, которые часто возникают при физическом манипулировании клетками.
Исследователи также предполагают использовать этот метод в 3D-печати, где он позволяет точно расположить микроскопические частицы, прежде чем они застынут в структуре.
