Звуковая левитация: Акустическая левитация своими руками / Хабр

Акустическая левитация позволила создать псевдоголографический дисплей

Британские и испанские инженеры создали псевдоголографический дисплей, работающий на основе акустической левитации. В нем левитирует акустически прозрачная ткань с прикрепленными по краям полистирольными шариками, выполняющими роль якорей, удерживаемых на своих местах ультразвуковыми излучателями. На ткань можно проецировать изображение, причем при ее повороте изображение можно адаптировать соответствующим образом, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции UIST 2019.

Звук представляет собой распространяющиеся механические колебания, из-за которых в определенной точке давление периодически повышается и понижается. Акустическая левитация работает благодаря тому, что интерференция когерентных акустических волн при определенных параметрах может приводить к образованию в воздухе стоячей волны. Из-за этого в воздухе образуются стабильные области с повышенным и пониженным давлением. Если в область с пониженным давлением поместить легкий и небольшой предмет по размеру сопоставимый с длиной стоячей волны, он останется в воздухе, несмотря на силу тяжести.

На основе этого явления инженеры уже давно пытаются разработать различные прикладные устройства, к примеру, дисплеи. Как правило, в них используется массив из нескольких десятков отдельных шариков, которые могут перегруппировываться и собираться в нужную форму. Инженеры под руководством Диего Мартинеса (Diego Martinez) из Университета Сассекса создали левитирующий экран, в котором шарики используются лишь в качестве поддерживающих элементов, а за вывод информации отвечает акустически прозрачный кусок ткани.

Инженеры создали установку для левитации, состоящую из двух расположенных напротив друг друга массивов из 16 на 16 ультразвуковых излучателей. Кроме того, в установку входит система для отслеживания положений шариков. В качестве программного обеспечения авторы выбрали свободную систему управления акустическими левитаторами Ultraino, а также дописали к ней плагин. В нем пользователь может задать форму левитирующего предмета, а также разметить примерное расположение шариков и границы, в рамках которых программа может сдвинуть их при расчете. Кроме того, пользователь может задать ось вращения предмета. После этого программа произведет расчет и выдаст конечную схему, по которой можно вырезать из ткани предмет и приклеить к нему полистирольные шарики.

Авторы показали несколько примеров работы системы. На некоторых из них кусочек ткани просто вращается, а другие демонстрации были более интерактивны. К примеру, инженеры показали, что систему можно использовать для подвешивания в воздухе «заметок», а также для имитации игры в пинг-понг.

Акустическую левитацию используют и в других областях. Например, в 2017 году латвийская компания показала прототип паяльного аппарата для сборки микросхем, в котором чипы перемещаются по плате с помощью акустической левитации, а затем аппарат припаивает их к плате с помощью лазера.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

как построить конструкции с помощью звука // Смотрим

Акустическая левитация: как построить конструкции с помощью звука // Смотрим





  • Профиль

12 июля 2022, 13:39

Рубрика “Хай-тек” Николая Гринько на “Вестях FM”.

Группа испанских исследователей из Университета Наварры продемонстрировала работу системы акустической левитации LeviPrint. Она позволяет манипулировать объектами с помощью ультразвука – перемещать их в пространстве и менять ориентацию, не прикасаясь к ним. Подобные установки и раньше конструировали в разных лабораториях, но все они были стационарными. Ученые из Испании интегрировали звуковые излучатели в подвижный роботизированный манипулятор, что позволило перемещать твердые объекты и капли жидкости практически без ограничений.

С помощью новой системы исследователи смогли построить из напечатанных пластиковых заготовок сложные конструкции, соединяя их каплями клея. Поскольку ультразвук способен проникать сквозь многие материалы, это расширяет сферу применения подобных установок: с их помощью можно будет монтировать сложные структуры в ограниченных пространствах, перемещать живые клетки и даже, возможно, проводить манипуляции внутри организма. В качестве демонстрации концепции авторы построили кораблик внутри бутылки, доставляя “строительные материалы” и клей через горлышко.

Коллектив редакции нашей программы уже рассказывал об акустической левитации. Некоторое время назад ученые научились удерживать в воздухе небольшие предметы вроде комочков ваты или пенопластовых шариков. Для этого использовались 2 ультразвуковых излучателя, направленных друг на друга. Звуковые волны, пересекаясь, образовывают зоны так называемых стоячих волн, на которых, как на своеобразных “полочках”, могут лежать не очень тяжелые предметы.

Единственное замечание: нам очень хотелось посмотреть, как выглядит кораблик, который они, как пишут во всех пресс-релизах, сконструировали внутри бутылки. Найти картинку было очень сложно, и на деле оказалось, что кривоватый силуэт кораблика составлен всего из 6 спичек, а “бутылка” и вовсе представляет собой цилиндр, свернутый из тонкой металлической сетки. Впрочем, это небольшое лукавство не отменяет значимости примененной технологии и почти не бросает тени на авторов изобретения. Хотя…

  • информация

  • радио

  • новости

  • репортаж

  • радиопередача

  • событие

  • Вести FM: политические шоу

  • Вести FM: все программы

  • Вести FM: общество и культура

Авто-геолокация

Сохранение объектов, левитирующих звуком в воздухе, несмотря на помехи

Акустическая голография в реальном времени с произвольными рассеивающими поверхностями. (A) Схематическая концепция нашей акустической голографической техники, которая может создавать множественные ловушки для левитации в присутствии рассеивающих звук физических объектов. Pmax представляет максимальную амплитуду давления в звуковом поле. (B) Экспериментальный пример нашей техники, которая может левитировать четыре частицы с помощью проекционного экрана (например, куска легкой ткани), демонстрируя MR-дисплей, который создает цифровой контент в присутствии физического объекта, напечатанного на 3D-принтере. Высокие вычислительные скорости нашего подхода позволяют цифровому контенту быть интерактивным по отношению к пользовательскому вводу (т. е. левитирующий экран перемещается в соответствии с вводом с клавиатуры). Кредит: Научные достижения (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7614

Группа исследователей из Университетского колледжа Лондона разработала способ удерживать объекты, левитирующие звуковыми волнами, в воздухе, когда другие объекты мешают пути левитации. В своей статье, опубликованной в журнале Science Advances , группа описывает свою самокорректирующуюся систему левитации.

Предыдущие исследования показали, что объекты можно поднимать в воздух, обстреливая их звуковыми волнами. Поскольку звуковые волны — это не что иное, как частицы воздуха, движущиеся вместе определенным образом, левитирующий объект упадет, если объект будет мешать звуковым волнам. В этой новой попытке исследователи разработали новые функции для решения этой проблемы.


Кредит: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7614

Чтобы защитить звуковые волны от помех, исследователи увеличили количество используемых динамиков — в своей работе они использовали 256. Они также добавили программное обеспечение для управления каждым из динамиков. Динамики были расположены в виде сетки, а объекты левитировали звуковыми волнами особой формы. Запрограммировав динамики определенным образом, команда смогла заставить систему работать вместе, чтобы удерживать объект над сеткой в ​​воздухе, несмотря на прерывания. Если некоторые звуковые волны блокировались, другие звуковые волны перенаправлялись, чтобы занять их место.

Исследователи доказали жизнеспособность своей системы, протестировав ее с помощью напечатанного на 3D-принтере белого кролика в качестве объекта помех. Предметы левитировали вокруг кролика независимо от его местоположения. В одном из экспериментов исследователи левитировали вокруг кролика шарики, которые превращались в летающих бабочек. Они также подняли в воздух кусок прозрачной ткани, которую использовали в качестве экрана для проекции напечатанного ими кролика. И они левитировали единственную каплю воды над стаканом воды, показывая, что их система будет работать, даже если мешающим объектом будет покачивающийся стакан с жидкостью.


В этом видео показано создание бабочки, порхающей вокруг распечатанного на 3D-принтере кролика, которым можно управлять жестами рук. Кредит: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7614

Исследователи предполагают, что их система может использоваться в демонстрационных целях, например, в музеях или в рекламе. Затем они планируют расширить свою систему, чтобы она могла одновременно обрабатывать несколько мешающих объектов.

Дополнительная информация:
Рюдзи Хираяма и др., Высокоскоростная акустическая голография с произвольными рассеивающими объектами, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn7614

© 2022 Наука Х Сеть

Цитата :
Поддержание объектов в воздухе с помощью звука, несмотря на помехи (20 июня 2022 г.)
получено 14 ноября 2022 г.
с https://phys.org/news/2022-06-levitated-falling-due.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

ЗВУКОВАЯ ЛЕВИТАЦИЯ

Этот проект Kickstarter — первый в моей серии, который научит вас науке, необходимой для разработки ваших собственных технологий в конкретной области интересов.

Этот проект посвящен SOUND и, что более важно, ультразвуковая левитация. Нет, это не какая-то свободная энергия или антигравитационный трюк. Это настоящая наука, которая работает, и видео доказывают это.

Я всегда был очарован звуком, и, экспериментируя с одним из моих предыдущих проектов на Kickstarter, Soundlazer, я наткнулся на удивительный принцип ультразвуковой левитации.

Я был удивлен, обнаружив, что в Интернете нет комплектов или готовых схем, поэтому я решил представить этот проект сообществу Kickstarter.

Обычные звуковые волны могут быть достаточно мощными, чтобы вызывать скопление пыли в виде узора, соответствующего узлам акустической волны. Стереодинамик в комнате может вызывать вибрацию предметов, а иногда и поломку.

Эти способности ничто по сравнению с силой звуковой левитации. Требуется гораздо меньше усилий, чтобы повлиять на то, где оседает пыль, или разбить стекло, чем для того, чтобы заставить объекты бросить вызов законам гравитации. Увеличение амплитуды акустической волны делает звук громче, но не влияет на форму волны и не делает ее более мощной.

Поднять объекты со звуком можно, направив ультразвуковой звуковой луч на отражатель. С небольшой регулировкой можно добиться желаемой стоячей волны, как показано на рисунке. Ультразвуковая левитация — увлекательное явление, которое интересно и познавательно исследовать.

Муравей подвешен в антигравитационном поле звуковой левитационной машины.

Считается, что жрецы Дальнего Востока умели поднимать в высокие горы тяжелые валуны с помощью звуков музыкальных барабанов. Звуковые волны, создаваемые группой из более чем 200 человек, были направлены таким образом, что создавался антигравитационный эффект, и камни поднимались на гору более чем на 250 футов. Шведский врач, который учился в Оксфордском университете, провел обширное исследование этого удивительного подвига и, как говорят, был свидетелем того, как эти монахи левитировали множество камней и валунов.

Необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с ультразвуковыми устройствами, достаточно мощными для левитации. Они могут создавать волны давления, разрушающие уши, за пределами диапазона человеческого слуха. Рекомендуется ограничить длительное воздействие волны давления или носить беруши. Именно из-за этого мощного акустического излучения звуковое давление может стать достаточно сильным, чтобы преодолеть притяжение земли. Чрезвычайно интенсивный звук является ключом к акустической левитации — преобразователи во многих акустических или ультразвуковых системах левитации могут производить звуки мощностью более 150 децибел (дБ). Обычный разговор составляет около 60 дБ, громкий ночной клуб приближается к 110 дБ, а уровень звукового давления реактивного двигателя может достигать более 120 дБ. Каждое увеличение на 3 дБ означает удвоение уровня звука.

Эта машина звуковой левитации здесь на Kickstarter производит ультразвуковую волну 28 000 циклов в секунду с длиной волны 12,14286 миллиметров. Он использует мощность до 70 Вт для создания интенсивной звуковой волны, достаточно мощной для левитации объектов.

Посмотрите на антигравитационные звуковые волны в действии!

На Земле и в космосе области высокого давления чуть ниже узла ультразвукового сигнала должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать плавающий объект. Левитирующий объект должен иметь размер от одной трети до половины длины волны звука. Ультразвуковое поле недостаточно велико, чтобы поддерживать объекты размером более половины длины волны или около 6 мм в диаметре в случае с нашей машиной звуковой левитации. Чем выше частота звука, тем короче длина волны и, следовательно, меньше диаметр объекта, который можно левитировать.

Допустим, мы хотим построить какое-нибудь антигравитационное устройство или даже ховерборд, как мы видим в кино. Чтобы сделать это, нам потребуются десятки или сотни ультразвуковых преобразователей, производящих очень определенные длины волн и отраженные лучи на точном расстоянии. Возможно, это даже невозможно с учетом сегодняшних технологий, но нет ничего плохого в том, чтобы экспериментировать и пытаться увидеть, к чему приведут наши исследования.

Фотография прототипа ховерборда, над которым мы работаем. Это забавный проект «что, если», и кто знает, куда он нас приведет. Ультразвуковые преобразователи крепятся к нижней части платы. Когда подается сигнал, они создают поверхность без трения, но этого недостаточно, чтобы поднять доску. На данный момент мы обнаружили, что потребуется намного больше преобразователей и, возможно, даже 1,21 джигаватт мощности!

Или, в данном случае, просто попытка создать технологию, которая могла бы привести к настоящей работающей антигравитационной платформе или ховерборду. Теоретически, имея достаточную мощность и правильные преобразователи для создания огромного звукового давления, вы могли бы поднимать тяжелые предметы с земли. Наука и математика, необходимые для этого, сложны, но я надеюсь, что этот проект заставит людей задуматься о том, что потребуется для достижения этой цели. Возможно, однажды у нас будет плавающий скейтборд, о котором мы все мечтали с тех пор, как увидели его на большом голливудском экране. Если нет, то, по крайней мере, нам было весело учиться по пути.

Извините, но мне нравится создавать проекты, в которых интернет-сообщество вынуждено использовать свой мозг. Как всегда, я даю вам основу, но ваша задача — продвинуть этот проект еще дальше. Мы все хотим услышать, что вы будете делать с этой технологией в будущем, и надеемся, что вы поделитесь ею со всеми нами.

Некоторые из возможностей для этой технологии и проекта могут включать:

  • Ховерборд
  • Торговые витрины
  • Устройство для перемещения мебели и тяжелых предметов
  • Подшипники качения
  • Транспорт
  • Проекты научной ярмарки
  • и более…

Sonic Levitation Kit включает в себя блок питания, плату драйвера, ультразвуковой преобразователь и подставку для отражателя.

Сердцем звуковой левитационной машины является уникальная электронная плата драйвера, которая питает ультразвуковой преобразователь. Этот тип платы никогда не был доступен в виде комплекта или сборки до этого проекта Kickstarter. В отличие от типичных плат драйверов преобразователей с частотой 28 кГц, эта конструкция обеспечивает чистую энергию, необходимую для левитации объектов. Он производит сверхчистую ультразвуковую волну, которую вы можете ясно видеть на демонстрациях с сухим льдом. Требуется некоторая сборка с использованием отвертки, но вся электроника поставляется полностью собранной и протестированной.

Я надеюсь, что вы присоединитесь ко мне в этом последнем проекте и узнаете об этой захватывающей технологии. Даже если у вас нет опыта работы с электроникой, большинство вознаграждений работают прямо из коробки. Заходи и присоединяйся ко мне в этом путешествии, чтобы открыть для себя что-то новое.

Все исходные файлы, включая схемы и списки деталей, прилагаются к каждому залогу. Используйте мой дизайн для основы вашего собственного двигателя звуковой левитации.

Как и во всех моих проектах, этот использует силу групповой покупки, чтобы снизить стоимость технологии и сделать ее доступной для всех.