Наука и Техника

Наука И Техника
30 октября 2015

Ученые превратили "акустическую голограмму" в силовой луч, способный перемещать небольшие объекты

Наверняка вам неоднократно доводилось видеть голограммы, обладающие глубиной объемные изображения, возникающие выше или ниже плоской поверхности. Этот трехмерный эффект возникает в результате появления "оптического трехмерного пространства", которое создается через дифракцию и взаимодействие лучей света, прошедших или отраженных от голографической пластины. По существу это является трехмерной структурой из света, спроектированной в пространство при помощи образа, запечатленного на голографической пластине.

Световые волны являются не единственным видом колебаний, которыми можно управлять и при помощи которых можно создавать в пространстве объемные структуры, для подобных целей можно использовать и звуковые (акустические) волны. И, в отличие от света, при помощи звуковых волн можно оказывать непосредственное воздействие на небольшие материальные объекты. Исследователи из Общественного университета Наварры (Public University of Navarre), Испания создали нечто вроде ультразвуковой голограммы, которая позволяет воздействовать на небольшие объекты, подобно силовому лучу космического корабля USS Enterprise из серии научно-фантастических фильмов "Звездный Путь /Star Trek".

Акустическое воздействие на материальные объекты обычно создается при помощи множества или одного ультразвукового излучателя, нацеленного на специальный отражатель. В пространстве между этими двумя элементами формируется стоячая акустическая волна, в минимумах и максимумах которой могут удерживаться небольшие объекты. Изменение фазы излучаемой ультразвуковой волны заставляет минимумы и максимумы смещаться, увлекая за собой удерживаемые объекты. Это достаточно интересная технология, но она работает только в пределах пространства, заключенного между излучателем и отражателем и поэтому она менее интересна, нежели технология из "Звездного Пути".

Акустические голограммы являются методом создания в пространстве трехмерных структур, состоящих из звуковых колебаний. В данном случае эти голограммы создаются матрицей 20 на 20 из ультразвуковых излучателей, воспроизводящих ультразвук с частотой 40 килогерц. Каждый излучатель снабжен своего рода акустической линзой, которая позволяет "сфокусировать" акустические волны на определенной высоте над поверхностью излучателя. Для создания голографической структуры все излучатели вырабатывают звуковые волны с определенной фазой и амплитудой. Взаимодействие этих волн создает в пространстве области с перепадами давления, которые могут оказывать воздействие на материальные объекты.

Сил этих воздействий пока хватает на захват и удержание легких пенопластовых частиц, диаметром около 3 миллиметров, но основным преимуществом такого подхода является то, что голографическая система не имеет второго, отражающего компонента, и может действовать в окружающем пространстве теоретически без ограничений. Более того, создание сложных голографических "картин" позволяет удерживать и перемещать сразу несколько материальных объектов.

Отсутствие второго элемента в такой системе открывает перед ней массу возможных применений в самых различных областях. Такие акустические "силовые лучи" могут быть использованы для управления движением микроскопических инструментов внутри тела человека, которые, к примеру, могут дробить камни в почках или производить микрохирургические операции. Или же такие технологии могут быть использованы в создании "материальных дисплеев", пикселями которых будут являться крошечные материальные объекты.

В настоящее время масса и размеры объектов, которыми можно манипулировать при помощи акустической голограммы, зависит от мощности ультразвуковых излучателей. Поэтому, взяв более мощные излучающие устройства, можно будет поднимать и перемещать объекты больших габаритов и массы. К сожалению, таким способом вряд ли получиться перемещать людей и другие живые организмы, они, точнее их клетки, могут не выдержать пагубного влияния сильных высокочастотных акустических колебаний.