С физической точки зрения звук — это просто давление, проходящее через среду. Если вы правильно используете это давление, вы действительно можете перемещать предметы, используя только звук. Именно это решили сделать исследователи из Технологического института Вирджинии, но с уникальным подходом. Они разработали новый чип, который использует высокочастотные звуковые волны для захвата и манипулирования крошечными объектами – например, частицами размером с пылинку. По сути, они действуют как «невидимые захватчики». До этого ученые в основном полагались на встречно-пальцевые преобразователи или IDT. Проблема в том, что IDT создают прямые, плоские волны, а это неуклюже.
Исследователи описывают неуклюжесть попытки поднять мяч для пинг-понга плоской рукой. Конечно, вы можете гонять мяч по столу, но вы не можете его схватить или поднять. Чтобы исправить это, команда разработала новую установку под названием «Поэтапный межцифровой метаматериал» или PIM. Этот же класс материалов используется для объяснения того, как самолеты-невидимки скрывают свои двигатели от радаров противника.
В PIM используются изогнутые электроды вместо неуклюжих прямых. Лучше всего его можно описать как линзу для звука. Подобно тому, как изогнутая стеклянная линза преломляет свет в фокусе, эти кривые изгибают звуковые волны с чрезвычайной точностью. По сути, звук преобразуется в пару невидимых пинцетов. Исследователи могут использовать этот пинцет, чтобы управлять волнами и направлять энергию именно туда, куда они хотят. Самое приятное то, что все это происходит полностью на крошечном чипе, поэтому не требуется никакого тяжелого оборудования. Вы можете просмотреть полную исследовательскую работу о Природе, чтобы углубиться в математику, но для всех остальных реальные варианты использования этой штуки становятся действительно интересными.
Почему технология имеет значение
Так почему же перемещение пылинок по чипу имеет такое значение? Ну, просто взгляните на потенциальные применения. Поскольку пинцетами можно обрабатывать деликатные вещи без физического контакта, они идеально подходят для медицины. Команда предполагает, что в конечном итоге они могут привести к неинвазивным операциям, при которых звуковые волны удаляют тромбы или сортируют клетки в чашке Петри. Он эффективно выполняет работу центрифуги, но в гораздо меньших масштабах.
Есть еще один действительно крутой трюк, который может реализовать эта технология. Он действует как «диод» для звука. В электронике диод пропускает электричество только в одном направлении. Аналогичным образом, эта новая установка направляет акустическую информацию вперед, полностью блокируя все попытки вернуться назад. Это крайне важно для поддержания чистоты сигналов. Когда они проверили это, результаты были неоспоримыми. Они успешно уловили микроскопические шарики в точные узоры и даже выровняли крошечные углеродные нанотрубки – задача далеко не из легких. Помимо твердых тел, они создали закрученные водовороты для чрезвычайно точного смешивания жидкостей. По сути, это дает ученым уровень контроля жидкости, которого у них никогда раньше не было.
Теперь все, что нужно исследователям, — это выяснить, как обрабатывать несколько частот одновременно и справиться с тепловым дрейфом — по сути, гарантировать, что чип не выйдет из строя при нагревании. Они также изучают, как эта технология может улучшить биосенсоры и охлаждение полупроводников. Если чипы действительно работают так, как рекламируется, кто знает, возможно, они в конечном итоге смогут пополнить ряды технических изобретений, которые навсегда изменят индустрию здравоохранения.
