Akustyczna lewitacja bez ograniczeń
Chodzi o bezprzewodowe urządzenie lewitacyjne zdolne do unoszenia i transportowania obiektów z prędkością przekraczającą 3 metry na sekundę. Brzmi jak magia? Spójrzmy na szczegóły. Technologia, o której mówimy, opiera się na zjawisku lewitacji akustycznej, wykorzystującym fale dźwiękowe do utrzymywania przedmiotów w powietrzu. To zasadnicza różnica względem systemów magnetycznych wymagających potężnych magnesów czy pneumatycznych opartych na sprężonym gazie. Japońskie podejście jest znacznie bardziej kompaktowe i energooszczędne. Kluczową innowacją jest wyeliminowanie kabli, które wcześniej ograniczały precyzję. Jak wyjaśnia Ohmi Fuchiwaki z zespołu badawczego, o ile lewitacja akustyczna eliminuje tarcie o podłoże, tak konwencjonalne układy opierają się na kablach. Te zakłócają pozycjonowanie, dlatego Fuchiwaki i jego współpracownicy rozwiązali problem. Wykorzystali w tym celu urządzenie lewitacyjne z bezprzewodowym obwodem napędowym.
Czytaj też: Reakcje chemiczne wbrew prawom fizyki. Zagadka rozwiązana po 9 latach
Centralny element stanowi siłownik piezoelektryczny, przekształcający energię elektryczną w ruch mechaniczny. Generuje on zjawisko tzw. “squeeze film”. W jego ramach pojawia się cienka warstwa płynu umożliwiająca swobodny ruch w dowolnym kierunku bez oporów wynikających z tarcia. Całość ma zaledwie kilka centymetrów wielkości, co pozwala na pracę w ciasnych przestrzeniach laboratoryjnych. Testy potwierdziły funkcjonalność tej strategii, gdyż urządzenie płynnie poruszało się po powierzchniach nachylonych do 10 stopni. Wyłączenie lewitacji natychmiast unieruchamiało system, co dowiodło jego zasadności.
Mocne i słabe strony rozwiązania oraz dalszy kierunek rozwoju
Niestety, technologia, o której jest mowa, ma wyraźne ograniczenia. Maksymalny udźwig wynosi 150 gramów, z czego tylko 43 gramy stanowi rzeczywisty ładunek użytkowy. Za resztę odpowiada masa samego urządzenia. Przekroczenie tej wartości całkowicie blokuje możliwość lewitacji. Mimo to, w wielu zastosowaniach przemysłowych taka nośność może być wystarczająca. Urządzenie sprawdzi się szczególnie w montażu mikroelektroniki, transporcie sterylnych próbek chemicznych, przenoszeniu komórek biomedycznych czy też precyzyjnym pozycjonowaniu delikatnych elementów.
Czytaj też: Duński przełom w fizyce kwantowej. 60-letnia zagadka nadprzewodnictwa rozwiązana
Japońscy naukowcy nie spoczęli na laurach. Pracują nad połączeniem wielu jednostek lewitacyjnych w mobilne roboty dostawcze, zdolne do poruszania się po halach produkcyjnych czy placówkach medycznych bez kontaktu z podłożem. Kolejne cele to zwiększenie stabilności pod obciążeniem, poprawa efektywności i adaptacja do nierównych powierzchni. Pełne wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Advanced Intelligent Systems. Choć obecne ograniczenia udźwigu nie pozwalają jeszcze na szerokie wdrożenie przytoczonej strategii, to sama koncepcja bezkontaktowego transportu może z czasem zmienić podejście do pracy z mikroskładnikami. W branżach, w której każdy mikron ma znaczenie, eliminacja tarcia to więcej niż wygoda. To potencjalna rewolucja w kontekście precyzji.