Пеер Фишер, Лидер исследовательской группы в Институте Макса Планка Интеллектуальных Систем и профессора в Университете Штутгарта, обычно продолжает работать микро – и нанороботы. Его лаборатория также разрабатывает методы нанофальсификации, которые необходимы, чтобы развивать таких крошечных пловцов. Голография не была одним из его основных интересов. «Однако мы искали способ переместить большие количества микрочастиц одновременно так, чтобы мы могли собрать их в большие более сложные структуры», объясняет Фишер.
Его исследовательская группа теперь нашла такой метод с акустической голографией, и это сообщает о первой акустической голограмме в проблеме этой недели Природы. Метод обещает много заявлений в дополнение к манипуляции частицы.До сих пор звук мог только быть сформирован, используя сложную технологию
Известно, что голограммы в оптике предлагают средство взять фотографию в третье измерение. В отличие от фотографий, которые сделаны с обычной камерой, голография эксплуатирует информацию, где отраженный свет достигает своей максимальной интенсивности. Физики говорят о фазе волны.
После отражения от трехмерного объекта фаза перемещает и предоставляет информацию о пространственной структуре объекта. Это дает голограммам их характерную трехмерную внешность.Управление трехмерной структурой акустических волн было ранее только возможно с тем, что физики называют поэтапным преобразователем множества. Это – ансамбль многих акустических источников, помещенных рядом, который может индивидуально испустить звук с переменными задержками фазы.
Необходимая ведущая электроника, однако, большая и дорогая. «Мы можем теперь произвести звук в 3D без этой сложной технологии», говорит Кай Мелд, который провел эксперименты в Институте Макса Планка Интеллектуальных Систем как часть его исследования доктора философии.Голубь Пикассо мира, покрашенного использующий звукИсследователи сначала продемонстрировали голограмму, которая производит звуковое давление в форме голубя Пабло Пикассо мира.
Микрочастицы, приостановленные в жидкости, следуют за образцом и формируют изображение. Достигнуть этого, команда, сначала вычисленная, где и как сильно акустические волны, или более определенно их фазы, должны были перейти, чтобы перевести линии голубя в область увеличенного звукового давления.
Таким образом они достигли карты изменений фазы. На основе этой карты они тогда фальсифицировали акустическую голограмму: использование 3D принтера, они создали облегчение при пластмассе, которая передает звук быстрее, чем окружающая жидкость. Принтер применил различные толщины материала в зависимости от необходимой задержки фазы.Волны ультразвука, переданные через голограмму, вмешались позади вспомогательной пластины таким способом, которым звуковое давление воспроизвело голубя Пикассо мира.
И как только они поместили контейнер, наполненный водой и микрочастицами в центральном регионе, частицы были быстро выдвинуты в форму голубя. Исследователи показали, что технология может также работать в 3D, формируя голографический стек с изображениями ‘1’, ‘2’ и ‘3’.Микрочастицы тот прибой и муха«В то время как наша технология динамично не изменяет трехмерную структуру звуковой области, это может, тем не менее, вызвать динамическое движение», говорит Пеер Фишер. «Мы удивлены, что никто не придумал эту идею прежде».Даже если штутгартские исследователи не могут изменить акустические скульптуры на лету, они в состоянии переместить частицы в определенные траектории.
Они продемонстрировали это с полимерной частицей на воде: используя голограмму звукового давления, они произвели кольцевой гребень на поверхности воды, которая смотрела, как будто они заморозили рябь, вызванную камнем, который был брошен в воду. Частица, плавающая на воде и под влиянием звукового давления быстро, колебалась к гребню волны и занялась серфингом вдоль круга, пока звук не был выключен. «Такие бесконтактные методы, чтобы переместить частицы, используя звук могли быть интересными как материальный транспортер для технологии», говорит Кай Мелд.
Области ультразвука со сложными формами для медицинской диагностикиАкустические голограммы создают еще больше возможностей для управления частицами, чем исследователи первоначально имели в виду. И кроме демонстрации частиц к акустическим волнам, голограммы могли также использоваться с ультразвуком, например в медицине и существенном тестировании. «Есть большой интерес к использованию нашего изобретения, чтобы легко произвести области ультразвука со сложными формами для локализованной медицинской диагностики и лечения», говорит Пеер Фишер.
Однако еще не ясно, где точно акустические голограммы будут использоваться. «Но я уверен, что есть много областей, которые можно было рассмотреть».