Real-Life "Tractor Beam" kann Objekte mit Schallwellen schweben.

Es mag gerade aus "Star Trek", aber es ist echt: Wissenschaftler haben ein sonic erstellt "Tractor Beam", die zu ziehen, schieben und pirouette Objekte, die in der Luft schweben.

Die sonic Traktorstrahl stützt sich auf eine zeitgenaue Abfolge von Schallwellen, die eine Region mit niedrigem Druck, fallen winzige Objekte erstellen, die dann ausschließlich durch Schallwellen bearbeitet werden können, sagte der Wissenschaftler in einer neuen Studie.

Obwohl die neue Demo nur ein Proof of Concept war, die gleiche Technik angepasst werden kann, um Zellen im Inneren des menschlichen Körpers aus der Ferne zu manipulieren oder Ziel der Veröffentlichung der Medizin gesperrt akustisch Medikament Kapseln, sagte Studie Co-Autor aktiviert Bruce Drinkwater, Maschinenbau-Ingenieur an der University of Bristol im Vereinigten Königreich. [Watch den Traktorstrahl schweben Objekte]

Schwebende Objekte

In der Vergangenheit haben Wissenschaftler alles von Laserstrahlen auf supraleitende magnetische Felder verwendet, um Objekte zu schweben. Und im Jahr 2014, Forscher an der University of Dundee in Schottland zeigten, dass akustische Hologramme, die wie ein Traktorstrahl handeln könnte theoretisch in Objekten saugen.

"sie zeigten wirklich nur, dass die Kraft gab; "sie waren nicht in der Lage zu greifen oder ziehen alles," sagte Drinkwater.

Das Prinzip hinter dem neuen System ist einfach: Schallwellen, die Wellen von hoch- und Niederdruck, die Reise durch ein Medium wie Luft, erzeugen Kraft.

"Wir haben alle erlebt die Kraft des Klangs – gehst du zu einem Rockkonzert, nicht nur hörst du es, aber man spürt manchmal Ihre Innereien verschoben wird," Drinkwater erzählte Leben Wissenschaft. "Es ist eine Frage der Nutzbarmachung dieser Truppe."

Durch eng orchestrieren die Freisetzung von diese Schallwellen, sollte es möglich sein, eine Region mit niedrigem Druck zu erstellen, die Schwerkraft, Abfangen eines Objekts in der Luft effektiv entgegenwirkt. Wenn das Objekt zu verschieben versucht links, rechts, oben oder unten, Vorgang Zonen um das Objekt herum schubsen Sie es zurück in seine Niederdruck, ruhigen Zone.

Aber herauszufinden, die genaue Muster der Schallwellen zu diesem Traktor Kraft zu schaffen ist schwierig, Wissenschaftler sagen; die mathematischen Gleichungen für sein Verhalten nicht mit einem Stift und Papier zu lösen.

Reverse-Engineering Kraftfeld

Also lief Drinkwater, seine Doktorandin Asier Marzo und anderen Kollegen Computersimulationen durch unzählige verschiedene Muster der Schallwellen, die zu finden, die die Signatur einen Niederdruckbereich umgeben Kombination von Hochdruck-Zonen.

Sie fanden drei verschiedene akustische Kraftfelder, die drehen, greifen und Objekte manipulieren können. Man arbeitet wie Pinzette und scheint, die Partikel in der Luft zu greifen. Ein anderes fängt das Objekt in einem Hochdruck-Käfig. Die dritte Art von Kraftfeld wirkt ein bisschen wie eine wirbelnde Tornado, mit Hochdruck Drehfeld umgibt ein Niederdruck, ruhige "Auge" hält, dass das Objekt an seinem Platz, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Communications (Okt. 27) heute.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, verwendet das Team eine kleine Palette von 64 Mini Lautsprecher, hergestellt von einer Firma namens Ultrahaptics, das exquisit zeitgesteuerte Schallwellen mit einer Genauigkeit von Mikrosekunden Niveau zu produzieren. Vorbei an akustische Levitation Systeme verwendet zwei oder vier Arrays diese Wandler, um das System im Wesentlichen zu umgeben, aber die Forscher Modelle erlaubt ihnen das gleiche Kraftfeld mit nur einem Array zu erstellen. Das Team zeigte ihre Traktorstrahl mit kleinen Kugeln aus Polystyrol, das gleiche Material verwendet in der Verpackung Erdnüsse.

Wellenlänge und Intensität

Die Größe der Low-Force-Region hängt von der Wellenlänge: je länger die Wellenlänge, desto größer der Region mit niedrigem Druck. Die Schallintensität die maximale Dichte eines Objekts bestimmt, die geschoben und durch die akustische Kraft gezogen werden können, sagte Drinkwater.

In diesem Fall arbeiten die Schallwellen zwischen 140 und 150 Dezibel. Das einen ohrenbetäubenden Lautstärke wäre wenn Leute konnten es hören, aber die Schallwellen arbeiten mit 40 Kilohertz, bei einer Wellenlänge von etwa 0,4 Zoll (1 Zentimeter), weit über den menschlichen Hörbereich aber hörbar zu Delfinen und Hunden.

"Ich denke, wenn Sie dieses Gerät auf einen Hund gerichtet, würde es es auf jeden Fall hören," sagte Drinkwater. "sie möchte es nicht; Es würde weglaufen."

Das Team schwebt derzeit leichtere Styroporkugeln, die bis zu 0,2 Zoll (5 mm) auf Messen. Aber für das System für medizinische Operationen nützlich, müsste das Team um Objekte auf der Skala der Mikron manipulieren zu miniaturisieren. Dies würde bedeuten, mit höherfrequenten Schallwellen – ein relativ simpel zwicken Drinkwater sagte.

"Die Tatsache, dass wir es tun, da eine einseitige System so wichtig ist," sagte Drinkwater. "Um den Körper zu erhalten, müssen Sie es auf eine Seite anzuwenden."

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