Звук представляет собой результат распространения упругих волн механических колебаний в пространстве. В случае, если волны отражаются в противоположном направлении (интерферируют), возникает стоячая волна, у которой изменяется только амплитуда, но не фаза. Примером стоячей волны может служить воздушный резонанс (усиление громкости), а ее источника — колебания струн музыкальных инструментов. На этом явлении основан принцип акустической левитации. Поскольку ключевой характеристикой звука выступает давление, он позволяет манипулировать предметом с помощью чередования областей пониженного и повышенного давления. Объект при этом должен быть меньше длины волны.
До сих пор системы акустической левитации носили экспериментальный характер. Так, в 2014 году специалисты из Токийского университета продемонстрировали метод перемещения небольших предметов (например, шурупа), захваченных в карман давления посредством четырех ультразвуковых динамиков. Вместо этого инженеры Neurotechnology решили разработать коммерческую технологию. Целью проекта заявлено создание бесконтактной 3D-печати: за счет ультразвуковой акустической левитации она, как ожидается, упростит прототипирование и повысит надежность деталей, в том числе в субмиллиметровом масштабе. Компания уже сконструировала прототип принтера, на котором изготовила печатную плату.
Устройство состоит из нескольких элементов. Как и в исследовании японских ученых, система базируется на четырех массивах из излучателей, формирующих квадратную рамку. На последней также установлены лазер и камера. В ходе тестов разработчики использовали систему в качестве паяльного аппарата. В рамку помещались плата и детали микросхем, в частности чипы. С помощью камеры алгоритм отслеживал положение элемента и передвигал его в нужное место, генерируя карманы давления. После этого лазер припаивал деталь. Кроме того, с помощью новой системы инженерам удалось манипулировать движениями металла, капель воды и пены. Компания подала заявку на выдачу патента.
По мнению руководителя проекта Освальдаса Путкиса (Osvaldas Putkis), предложенная технология имеет ряд преимуществ. В отличие от классической 3D-печати, она не ограничена чувствительностью, структурой материалов и электростатическими силами. «Манипуляторы на основе ультразвуковой левитации рассчитаны на широкий диапазон приложений: металлы, пластмассу и даже жидкости», — сообщил Путкис. Также система позволяет работать с миниатюрными деталями (до субмиллиметров). Вместе с тем из-за существующих ограничений на длину волны максимальный размер последних не должен превышать нескольких миллиметров. Сейчас компания находится в поиске партнеров.
О разработке сообщается на сайте Neurotechnology.
Ранее похожее устройство, из двух излучателей, сконструировали американские исследователи.
Наука
Денис Стригун
