Vorig jaar Asier Marzo, vervolgens een doctoraatsstudent aan de openbare universiteit van Navarra, hielp bij de ontwikkeling van de eerste enkelzijdige akoestische trekstraal, dat wil zeggen de eerste realisatie van het vangen en trekken van een object met behulp van geluidsgolven uit slechts één richting. Nu een onderzoeksassistent aan de Universiteit van Bristol, Marzo heeft een team geleid dat de technologie heeft aangepast om voor alle doeleinden, 3D-afdrukbaar door iedereen (met enige montage vereist, natuurlijk).

Naast een volledig gedetailleerde instructievideo die de groep voor het publiek maakte, de resultaten van het werk om deze doe-het-zelf te ontwikkelen, handheld akoestische trekstraal verschijnt deze week als open access paper in Technische Natuurkunde Brieven .

Sonic levitatie is niet nieuw, en het gebruik van geluidsgolven om macroscopische objecten te verplaatsen, of maak patronen in rustend zand en stromend water, is verspreid over YouTube en is dat al jaren. Deze technologie, echter, is niet alleen sonische levitatie, geluid gebruiken om voorwerpen rond te duwen.

Gebaseerd op vergelijkbare fundamentele fysica die decennialang werd gebruikt om optische vallen te maken, deze trekbalken doen hun naam eer aan doordat ze objecten trekken, het vangen van kleine kralen - en zelfs insecten - in hun brandpunten.

"Het belangrijkste is dat het het deeltje naar de bron kan trekken, " zei Marzo. "Het is heel gemakkelijk om deeltjes uit de bron te duwen, maar wat moeilijk is, is om ze naar de bron te trekken; om de deeltjes aan te trekken. Wanneer u de trekstraal verplaatst, het deeltje beweegt, maar verder is de val statisch. Het kan kleine plastics laten zweven; het kan ook een vlieg en kleine biologische monsters laten zweven. Het is best handig."

De eerste versies van het apparaat die het concept mogelijk maakten, waren niet veel groter dan deze nieuwe, 3D-afdrukbare versies. Echter, hun onderliggende technologie was complexer en vereiste dure elektronica.

Veel van de kosten kwamen voort uit de reeks actieve componenten die geluidsgolven elektronisch vormden, manipuleren hoe en waar ze interfereren om de resulterende object-trapping-omgeving net boven de array te creëren.

"Eerder ontwikkelden we een trekstraal, maar het was erg ingewikkeld en duur omdat er een fasearray voor nodig was, dat een complex elektronisch systeem is, "Zei Marzo. "In deze krant, we maakten een eenvoudige, statische trekstraal die alleen een statisch stukje materie nodig heeft."

De eenvoud (en betaalbaarheid) van deze passieve, statische-materiebenadering komt voort uit de speciale architectuur van die materie, ontworpen om de phase array componenten te vervangen en om geluidsgolven structureel vorm te geven in plaats van elektronisch. Als het geluid, die nu kan worden gegenereerd uit een enkele bron, gaat door deze zorgvuldig ontworpen elementen, de golven worden gevormd door de interne structuur van het 3D-geprinte materiaal.

"We kunnen een eenvoudige golf moduleren met behulp van wat een metamateriaal wordt genoemd, dat in feite een stuk materie is met veel buizen van verschillende lengtes. Het geluid gaat door deze buizen en wanneer het het metamateriaal verlaat, het heeft de juiste fasen om een ​​trekstraal te creëren, ' zei Marzo.

Met een effect dat vooral bepaald wordt door de vorm van de buizen, het onderzoeksteam concentreerde zich op het optimaliseren van het ontwerp om fabricage met gewone 3D-printers mogelijk te maken, ervoor te zorgen dat het zelfs door hobbyisten thuis kan worden gebouwd.

Volgens Marzo dit was vooral een uitdaging bij het oplossen, waarvoor een ontwerp nodig was dat niet zou lijden onder de beperkte precisie van lagere 3D-printersproeiers. "We moesten de buizen heel goed ontwerpen om ze in 3D te kunnen printen met een normale 3D-printer. Een normale 3D-printer heeft veel beperkingen, " hij zei.

Met die beperkingen overwonnen, de groep ontwikkelde de rest van het trekstraalsysteem met behulp van gemakkelijk toegankelijke componenten, zoals van de populaire leverancier van open-source elektronica, Arduino. Ze hebben zelfs een gedetailleerde instructievideo gemaakt voor de constructie, een link waarnaar hieronder is opgenomen.

"Er zal een set instructies zijn met een lijst van de benodigde componenten en een stapsgewijze video. De componenten zijn heel eenvoudig, zoals een Arduino en een motordriver, en alles kan op Amazon worden gekocht voor minder dan £ 50 (ongeveer $ 70), ' zei Marzo.

Naast het serieus imponeren van dinergasten, deze doe-het-zelf-trekstralen hebben veel potentiële toepassingen en kunnen zelfs een nieuw hulpmiddel worden voor het bestuderen van effecten van lage zwaartekracht op biologische monsters. Marzo wees erop dat dit soort "microzwaartekracht"-onderzoek al interessant is en moedigde biologen aan om hun eigen toepassingen voor het apparaat te vinden.

"Onlangs zijn er verschillende artikelen verschenen over wat er gebeurt als we een embryo laten zweven, hoe ontwikkelt het zich? Of wat gebeurt er als we bacteriën laten zweven?" zei hij. "Bijvoorbeeld, ze ontdekten dat salmonella drie keer zo [virulent] is als het zweeft. Bepaalde micro-organismen reageren anders op microzwaartekracht."

Er zijn drie ontwerpen van het apparaat, elk met vangprofielen die geschikt zijn voor verschillende objectgroottes in verhouding tot de gebruikte golflengte van geluid. Echter, zelfs voor de volledige lab-implementatie waar de groep zwaardere objecten en zelfs vloeistoffen vangt, het vangen van objecten die groter zijn dan de helft van de golflengte van geluid vormt nog steeds een uitdaging. Voor praktische frequenties, net boven wat mensen kunnen horen, dit beperkt de grootte van opsluitbare objecten tot enkele millimeters.

Terwijl Marzo en zijn groep eraan werken om deze uitdaging te overwinnen en de mogelijkheden van hun trekbalken te blijven verbeteren, de democratisering van hun technologie maakt de weg vrij voor onnoemelijk veel gebruik en tweaks van de makergemeenschap. Dus, de vraag is eigenlijk:wat zou je doen met je eigen trekstraal?