تیمی از محققان دانشگاه مینهسوتا راهی برای کار کردن با اشیا با استفاده از امواج فراصوت کشف کردهاند که راه را برای جابجایی بدون تماس اشیا در صنایع تولیدی و رباتیک بدون نیاز به منبع انرژی داخلی هموار میکند.
به گزارش تکناک، این روش کار بدون تماس کاربردهای بالقوه ای در صنایع از جمله رباتیک و تولید دارد.
در حالی که قبلاً ثابت شده بود که امواج نور و صدا می توانند اجسام را دستکاری کنند، برای این انجام فرایند، اجسام همیشه باید کوچکتر از طول موج صوت یا نور باشند یا ابعادی در حد نانومتر تا میلی متر داشته باشند.
اخیرا تیم تحقیقاتی از دانشگاه مینه سوتا روشی را ابداع کرده است که می تواند اجسام بزرگتر را با استفاده از اصول فیزیک فراماده حرکت دهد.
فرامواد موادی هستند که به طور مصنوعی برای تعامل با امواج نور و صدا، مهندسی شده اند. با قرار دادن یک الگوی فراماده بر روی سطح یک جسم، محققان توانستند از صدا برای هدایت آن به سمت خاصی بدون لمس فیزیکی آن استفاده کنند.
b فراسطح های خود هدایت شونده می توانند به طور مستقل به منبع موج راه دور قفل شوند و از آن پیروی کنند. توانایی آنها برای حرکت در حین حرکت منبع ناشی از عدم تقارن پراکندگی است که مرکز سطح فراسطح را به محور تابش منبع (قرمز چین) می چسباند. به عنوان مثال، هنگامی که سطح فراسطحی بر روی محور قرار دارد، هیچ نیروی خالصی وجود ندارد (وسط). اما اگر منبع جابجا شده باشد، متاسرفیس دنبال خواهد شد (چپ، راست). C
نیروی کششی: فراسطح ها را نه تنها می توان از منبع تابش هل داد، بلکه به سمت منبع تابش نیز کشید (در اینجا به صورت دو موج فرودی غیر متقابل مستقل نشان داده شده است).
اوگنجن ایلیچ، نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار گروه مهندسی مکانیک در دانشگاه مینهسوتا، گفت: ما مدتی است می دانیم که امواج، نور و صدا می توانند اجسام را دستکاری کنند. چیزی که تحقیقات ما را متمایز میکند این است که اگر سطح اجسام را به صورت یک سطح فراماده یا یک “متاسطح” بسازیم، میتوانیم اجسام بسیار بزرگتری را دستکاری و به دام بیاندازیم.
زمانی که این الگوهای کوچک را روی سطح اجسام قرار میدهیم، اساساً میتوانیم صدا را در هر جهتی که میخواهیم منعکس کنیم و با انجام این کار، میتوانیم نیروی صوتی اعمال شده بر یک جسم را کنترل کنیم.
با استفاده از این تکنیک، محققان نه تنها میتوانند یک شی را به جلو حرکت دهند، بلکه می توانستند آن را به سمت منبعی نیز بکشند. این روش می تواند برای حرکت اجسام در زمینه هایی مانند تولید یا رباتیک مفید باشد.
متیو استاین، نویسنده اول مقاله و دانشجوی تحصیلات تکمیلی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه مینه سوتا می گوید: حرکت اشیا بدون تماس یک حوزه تحقیقاتی داغ در اپتیک و الکترومغناطیس است، اما این تحقیق روش دیگری را برای فعال سازی بدون تماس پیشنهاد می کند که مزایایی را ارائه می دهد که روش های دیگر ممکن است نداشته باشند. همچنین، خارج از کاربردهایی که این تحقیق قادر به انجام آن است، گسترش دانش ما در زمینه فیزیک به طور کلی یک کار بسیار هیجان انگیز است.
در حالی که این مطالعه بیشتر اثبات این مفهوم را نشان می دهد، هدف محققان آزمایش فرکانسهای بالاتر امواج، مواد مختلف و اندازههای متفاوت اجسام در آینده است.
ایلیچ گفت: در بسیاری از زمینههای علم و مهندسی، بهویژه روباتیک، نیاز به حرکت دادن اشیا و انتقال سیگنال به نوعی حرکت کنترلشده وجود دارد. اغلب این کار از طریق اتصالات فیزیکی یا جابجایی منبعی از انرژی که این کار را انجام می دهد صورت می گیرد.
من فکر میکنم که ما در این تحقیق مسیر جدیدی را ترسیم میکنیم و نشان میدهیم که بدون تماس فیزیکی، میتوان اجسام را حرکت داد. این حرکت را میتوان به سادگی با برنامهریزی آنچه روی سطح آن جسم است کنترل کرد. این فرایند به ما مکانیزم جدیدی برای حرکت دادن بدون تماس اشیا میدهد.
