Onderzoekers van de Aalto University hebben een verrassend fenomeen ontdekt dat de manier waarop we denken over hoe geluid deeltjes kan verplaatsen, verandert. Hun experiment is gebaseerd op een beroemd experiment dat herkenbaar is in de wetenschappelijke klaslokalen van middelbare scholen over de hele wereld:het Chlandni Plate-experiment, waar deeltjes bewegen op een trillend oppervlak. Het experiment werd voor het eerst uitgevoerd in 1787 door Ernst Chladni, die nu bekend staat als de vader van de akoestiek. Chladni's experiment toonde aan dat wanneer een plaat met een bepaalde frequentie trilt, zware deeltjes verplaatsen zich naar de regio's met minder trillingen, knooplijnen genoemd. Dit experiment is in de loop van de eeuwen daarna uitgebreid herhaald, en heeft het algemene begrip gevormd over hoe zware deeltjes op een trillende plaat bewegen. Maar onderzoekers van Aalto University hebben nu een geval aangetoond waarin zware deeltjes naar de regio's met meer trillingen bewegen, of antinodes. "Dit is een verrassend resultaat, bijna in tegenspraak met gemeenschappelijke overtuigingen, " zegt professor Quan Zhou.

De onderzoekers installeerden een siliciumplaat op een piëzo-elektrische transducer en dompelden deze onder in water. Ze verspreiden sub-mm glazen bollen op de plaat, en trilde de plaat met signalen van verschillende frequenties, golven op het bord creëren. De onderzoekers waren toen verrast om te zien dat de deeltjes naar de antinodes bewegen, het vormen van wat ze "inverse Chladni-patronen" hebben genoemd.

Een interessant aspect is dat het systeem voorspelbare beweging kan creëren bij een breed scala aan frequenties. "We kunnen deeltjes met bijna elke frequentie verplaatsen, en we vertrouwen niet op de resonantie van de plaat", zegt Zhou. "Dit geeft ons veel vrijheid in motion control.l"

Met behulp van het nieuw ontdekte fenomeen, de onderzoekers waren in staat om de beweging van afzonderlijke deeltjes en een zwerm deeltjes op de verzonken plaat nauwkeurig te controleren. In een voorbeeld, ze verplaatsten een deeltje in een doolhof op de plaat, schreef woorden bestaande uit losse letters, en samengevoegd, vervoerde en scheidde een zwerm deeltjes door verschillende muzieknoten te spelen.

"Veel procedures in farmaceutisch onderzoek en assemblage van microsystemen vereisen de mogelijkheid om kleine deeltjes gemakkelijk te verplaatsen en te manipuleren. Met slechts een enkele actuator om al deze verschillende dingen te doen, we openen een weg naar nieuwe technieken voor het hanteren van deeltjes", zegt Zhou. "Aanvullend, de methode kan de toekomstige factory-on-a-chip-systemen inspireren."

De studie is vandaag gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .