Pinzette del suono per manipolare senza contatto gli oggetti

Create le pinzette del suono per la manipolazione senza contatto degli oggetti e un sollevamento più stabile delle particelle dalle superfici.

Recentemente, sono stati segnalati notevoli sviluppi nei metodi di manipolazione senza contatto che utilizzano array di trasduttori ultrasonici. La manipolazione ad ultrasuoni senza contatto consente un controllo preciso di piccoli oggetti senza contaminazione; pertanto, dovrebbe avere un'ampia gamma di applicazioni.

I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno migliorato con successo la tecnologia per sollevare piccole particelle usando le onde sonore. Le loro “pinzette acustiche” potevano già sollevare oggetti da superfici riflettenti senza contatto fisico, ma la stabilità rimaneva un problema. Ora, utilizzando un algoritmo adattivo per mettere a punto il modo in cui le pinzette vengono controllate, hanno drasticamente migliorato la stabilità del sollevamento delle particelle. Con un'ulteriore miniaturizzazione, questa tecnologia, descritta sul Japanese Journal of Applied Physics (1), potrebbe essere implementata in una vasta gamma di ambienti, compreso lo spazio.

Come può testimoniare chiunque si trovi accanto a un altoparlante, le onde sonore possono esercitare una forza fisica reale. Con la giusta disposizione degli “altoparlanti” alla giusta frequenza, ampiezza e fase, diventa possibile sovrapporre quelle onde e impostare un campo di influenza che può spingere, sollevare e trattenere oggetti fisici. Tale tecnologia “pinzetta acustica” promette una manipolazione completamente senza contatto e senza contaminazioni di piccoli oggetti.

L'anno scorso, il dottor Shota Kondo e il professore associato Kan Okubo della Tokyo Metropolitan University hanno realizzato il sollevamento e il movimento senza contatto di particelle di dimensioni millimetriche utilizzando una serie emisferica di piccoli trasduttori a ultrasuoni. I trasduttori sarebbero azionati individualmente secondo un algoritmo unico, consentendo loro di impostare campi di pressione sonora che alla fine sollevavano e spostavano gli oggetti. Tuttavia, la stabilità delle loro “pinzette acustiche” è rimasta un problema in sospeso.

Ora, lo stesso team ha escogitato un modo per utilizzare la stessa configurazione per ottenere miglioramenti significativi nel modo in cui possono sollevare particelle da superfici rigide. Esistono due “modalità” in cui i trasduttori possono essere pilotati, in cui le metà opposte della loro matrice emisferica vengono guidate in fase e fuori fase.

La nuova intuizione del team è che modalità diverse sono più adatte a fare determinate cose. A partire da una particella su una superficie, una modalità di eccitazione “in fase” è migliore per sollevare e spostare la particella vicino alla superficie, con un targeting accurato delle singole particelle a solo un centimetro di distanza. Nel frattempo, una modalità “fuori fase” è più adatta per portare la particella sollevata al centro dell'array. Pertanto, utilizzando un passaggio adattivo tra le modalità, ora possono sfruttare il meglio di entrambe le possibilità e ottenere un sollevamento stabile e ben controllato, nonché una maggiore stabilità all'interno della trappola una volta che è stata sollevata.

Questo è un importante passo avanti per una tecnologia futuristica che un giorno potrebbe essere utilizzata per manipolare campioni che devono essere mantenuti rigorosamente privi di contaminazione. Il team spera anche che un giorno possa trovare applicazione pratica nello spazio, dove competere contro la gravità non è un problema.

Questo lavoro è stato parzialmente finanziato dalla Murata Science Foundation.

Per visionare il video completo, visitare Scientists fine-tune “tweezers of sound” for contactless manipulation of objects

Riferimenti:

(1) Improved mid-air acoustic tweezers using adaptive phase and amplitude control

Descrizione foto: Un'illustrazione della serie di trasduttori e il sollevamento di una piccola particella. I diversi campi sonori generati dall'array quando una particella viene sollevata. “Pinzette acustiche” che sollevano una particella e la tengono in posizione mentre l'intero array viene spostato a mano.. - Credit: Tokyo Metropolitan University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Associate Professor Hiroshi Okubo of the Department of Electronics and Information Systems Engineering, Faculty of System Design, has developed a technology called "Mid-air acoustic tweezers" that uses sound waves to pick up small objects without touching them!