Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe technologie ontwikkeld waarmee contactloze manipulatie van kleine objecten met behulp van geluidsgolven mogelijk is. Ze gebruikten een halfronde array van ultrasone transducers om een ​​3D akoestisch veld te genereren dat een kleine polystyreenbal stabiel opsloot en optilde van een reflecterend oppervlak. Hun techniek maakt gebruik van een methode die vergelijkbaar is met lasertrapping in de biologie, maar aanpasbaar aan een breder scala aan deeltjesgroottes en materialen.

De mogelijkheid om objecten te verplaatsen zonder ze aan te raken klinkt misschien als magie, maar in de wereld van biologie en scheikunde, technologie die bekend staat als optische trapping helpt wetenschappers al jaren om licht te gebruiken om microscopisch kleine objecten te verplaatsen. In feite, de helft van de Nobelprijs voor Natuurkunde 2018, toegekend aan Arthur Ashkin (1922-2020) was een erkenning voor de opmerkelijke prestaties van deze technologie. Maar het gebruik van laserlicht is niet zonder gebreken, met name de beperkingen die zijn gesteld aan de eigenschappen van de objecten die kunnen worden verplaatst.

Voer akoestische trapping in, een alternatief dat gebruik maakt van geluid in plaats van optische golven. Geluidsgolven kunnen worden toegepast op een breder scala aan objectgroottes en materialen, en succesvolle manipulatie is nu mogelijk voor deeltjes van millimeters. Hoewel ze er nog niet zo lang zijn als hun optische tegenhangers, akoestische levitatie en manipulatie zijn veelbelovend voor zowel laboratoriumomgevingen als daarbuiten. Maar de technische uitdagingen die moeten worden overwonnen, zijn aanzienlijk. Vooral, het is niet eenvoudig om grote reeksen ultrasone transducers individueel en nauwkeurig in realtime te regelen, of om de juiste geluidsvelden te krijgen om objecten ver van de transducers zelf te tillen, vooral in de buurt van oppervlakken die geluid weerkaatsen.

Nutsvoorzieningen, onderzoeker Shota Kondo en universitair hoofddocent Kan Okubo van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe benadering bedacht om millimetergrote objecten van een reflecterend oppervlak te tillen met behulp van een halfronde reeks transducers. Hun methode voor het aansturen van de array omvat geen complexe adressering van individuele elementen. In plaats daarvan, ze splitsen de array op in hanteerbare blokken en gebruiken een inverse filter die de beste fase en amplitude vindt om ze aan te drijven om een ​​enkele val te maken op enige afstand van de transducers zelf. Door aan te passen hoe ze de blokken in de loop van de tijd aandrijven, ze kunnen de positie van hun doelveld veranderen en het deeltje dat ze gevangen hebben verplaatsen. Hun bevindingen worden ondersteund door simulaties van de 3D akoestische velden die worden gecreëerd door de arrays, en uiteraard, door hun experimenten met een polystyreen bal, die voor zich spreken.

Hoewel er uitdagingen blijven bestaan ​​om deeltjes opgesloten en stabiel te houden, deze nieuwe technologie zou grote vooruitgang kunnen opleveren op het gebied van akoestische trapping.