マテルのホバーボードではありません。 しかし、スペインと英国のチームによって構築されたデバイスは、高周波音波を使用して、空中、場合によっては水と人間の組織内の小さな物体を浮上させて操作できます。 この技術は、医学から宇宙探査までさまざまな分野で有望です。
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科学者は、音波が加圧空気の振動するポケットを作成することをすでに知っていました。それは重力を引くのを妨げることができる物体に力を生み出すことができます。 しかし、超音波浮揚装置は存在しますが、それらはすべて定在波に依存しています。定在波は、同じ周波数の2つの音波が反対方向から放射され、互いに重なり合っているときに生成されます。 つまり、以前のすべてのデバイスには2セットのトランスデューサーが必要です。
「以前の浮上者はすべて、粒子を音響要素で囲む必要がありましたが、これは何らかの操作には面倒でした」と、スペインのナバラ大学の研究リーダーであるアシエ・マルゾは言います。 「しかし、私たちのテクニックは、片側からの音波しか必要としません。 それはレーザーのようなものです。粒子を浮遊させることができますが、単一のビームで可能です。」
技術を開発するために、Marzoと彼の同僚は、視覚的なホログラムからインスピレーションを引き出しました。視覚的なホログラムでは、ライトフィールドが平面から投影され、3D画像を形成する一連の「干渉パターン」を生成します。 音波も干渉パターンを作ることができるため、同じ原理を適用できます。
「基本的に、これらの音響ホログラムを作成するために光ホログラムの原理をコピーしました」とMarzo氏は言います。
Marzoと彼のチームは、64個の小さな16ボルトのトランスデューサーを格子状のパターンに配置しました。 各トランスデューサーは、人間の耳の最大感度（20, 000 Hz）をはるかに超える周波数ですが、犬、猫、コウモリなどの他の動物には聞こえる40, 000ヘルツの音波を発するように調整されました。
各トランスデューサーの周波数と出力は同じでしたが、科学者は各波の相対的なピークと谷を変化させて干渉パターンを生成し、音響オブジェクトを作成するアルゴリズムを作成しました。
課題は、これらの音響オブジェクトが人間には聞こえず、見えないことでした。そのため、チームは音を「見る」ためにさまざまなシミュレーションを開発する必要がありました。 合成物を誇張するアプローチでは、Marzoはマイクを使用してトランスデューサーから放出された超音波をサンプリングし、3Dプリンターを介してデータを送り、聴覚オブジェクトのデジタル視覚化を作成しました。
さまざまな音響形状をテストした後、研究チームは最も効果的な3つを発見しました。1組のピンセットに似たツイントラップ。 渦トラップは、回転する物体をその中心で一時停止する竜巻に似ています。 ボトルトラップは、ボトル内の空きスペースにオブジェクトを浮上させます。
現在の実験では小さな発泡スチロールのビーズしか持ち上げられませんでしたが、音響の物体のサイズを決定する音波の周波数とシステムの全体的なパワーを決定することにより、さまざまな物体に合わせて技術をスケーリングできるとマルゾは考えていますより長い距離にわたるより軽いまたはより重い物体の浮揚。
「片側トランスデューサーによる粒子の浮揚は、音響浮揚技術の新たな可能性を開く驚くべき結果です」と、サンパウロ大学の物理学の助教授であり、以前は音響浮揚に取り組んできたマルコアウレリオブリゾッティアンドラーデは言います。 。
「スケールダウンの1つの用途は、生体内での操作です。つまり、体内の粒子を浮揚させて操作することです」とMarzo氏は言います。 「これらの粒子は、腎臓結石、凝血塊、腫瘍、さらには標的薬物送達のためのカプセルである可能性があります。」
そして、人体におけるこれらのマイクロマニピュレーションに関して言えば、片側ビーム技術は、両側定在波技術に比べて大きな利点があります。 まず第一に、定在波に基づく浮上装置は、意図したターゲットよりも多くの粒子を誤ってトラップする可能性があります。 「しかし、片側の浮揚装置では、トラップポイントは1つしかありません」と彼は言います。
ただし、超音波は大きな物体を浮上させる能力が限られていることをマルゾは指摘しています。「ビーチボールサイズの物体を拾うには1, 000 Hzが必要です。 しかし、それは可聴範囲に入ります。これは、耳障りであるか、人間の耳にとって危険ですらあります。」
また、この技術には、宇宙空間で有望な用途があります。そこでは、より大きな物体をより低い重力で吊り下げ、制御されない状態で漂流するのを防ぎます。 しかし、マルゾは、地球上の人間を操作できるスタートレックのようなトラクタービームの概念をすべて却下します。
通常の重力では、「人間を持ち上げるのに必要な力はおそらく致命的です」とマルゾは言います。 「液体に超音波パワーをかけすぎると、マイクロバブルが発生します。」つまり、音響パワーが大きすぎると、血液が沸騰する可能性があります。
将来の研究では、Marzoは超音波の専門家と協力して、医療用途向けの技術を改良し、さまざまなサイズの物体へのアプローチをさらに拡大したいと考えています。
「それは音の素晴らしいところです。さまざまな用途に利用できる幅広い周波数を持っています。」
