Британським фізикам вперше вдалося створити акустичний левитатор, який може за допомогою направленого променя від єдиного джерела змушувати великі об'єкти зависати в повітрі, передає Ukr.Media.
З допомогою створення акустичних вихорів потрібної конфігурації на спеціальному пристрої вже можна утримувати в повітрі полістирольну кульку діаметром 1,6 сантиметра.
Акустична левітація об'єктів заснована на створенні в повітрі стоячої звукової хвилі, здатної утримувати частинки в підвішеному стані. Механізм заснований на створенні інтерференції когерентних звукових хвиль, за рахунок якої в середовищі формуються локальні області зниженого і підвищеного тиску, здатні утримувати тіло в потрібній області простору.
Цей ефект відомий ще з першої половини XX століття, проте до недавнього часу для реалізації механізму акустичної левітації було необхідне використання двох джерел, що не дозволяло створити так званий акустичний захватний промінь (tractor beam).
Вперше концепція подібного левитатора була розроблена два роки тому групою під керівництвом Азьера Марцо (Asier Marzo) з Брістольського університету. Запропоноване вченими пристрій за допомогою спрямованого акустичного променя було здатне утримувати в повітрі полістирольні кульки розміром не більше 4 міліметрів. При цьому на максимальний розмір левітірующіе об'єктів тоді накладалося фундаментальне обмеження: вони повинні були бути, як мінімум, в два рази менше довжини стоячої хвилі.
На цей раз та ж група вчених розробила акустичний левитатор, в якому це обмеження вдалося подолати за рахунок використання акустичних вихорів. На відміну від попередньої версії левитатора, новий пристрій не має плоску геометрію, а сферичну. Запропоноване пристрій складається з 192 ультразвукових перетворювачів частотою 40 кілогерц (і довжиною хвилі 0,87 сантиметри при кімнатній температурі), розташованих на внутрішній поверхні сферичного сектора діаметром 19,2 сантиметри.
Така геометрія дозволяє не просто створити стоячу хвиль, а привести до утворення в повітряному середовищі акустичних вихорів, які можуть передавати вміщеного в акустичне поле об'єкту кутовий момент. Створюючи в повітрі кілька вихорів однакової спиральности, але спрямовані в протилежних напрямках.
В такому полі формується "віртуальний вихор", за допомогою якого можна утримувати в підвішеному стані об'єкти, навіть перевищують довжину стоячої хвилі, і змінювати швидкість його обертання.
У результаті вчені змусили левітіровать полістирольну кульку розміром 1,6 сантиметра, що майже в два рази більше довжини хвилі джерела. Змінюючи напрям акустичних вихорів і таким чином керуючи властивостями віртуального вихору, можна контролювати і швидкість обертання кульки.
Вчені також показали, що в двовимірної конфігурації (якщо кулька, наприклад, лежить на столі, тобто одна його координата фіксована) подібні пристрої можна використовувати для фокусування і керованого обертання частинок більшого розміру. Зокрема, вченим вдалося таким чином управляти кулькою діаметром 5 сантиметрів, що майже в 6 разів більше довжини хвилі. Тому вчені очікують, що в найближчому майбутньому подібні пристрої, засновані на створення "віртуальних акустичних вихорів", вдасться використати для розробки технологій центрифугування і управління частинками різного розміру: від мікрокапсул до макрообъектів.
