Một phương pháp mới được phát triển với khả năng điều khiển và làm bay lên các vật thể nhỏ sử dụng sóng âm thanh có thể là một bước tiến lớn về công nghệ.
Các kĩ sư Nhật Bản đã tìm ra cách nâng các vật thể từ một bề mặt phản xạ âm thanh sử dụng kĩ thuật làm bay bằng âm thanh. Dù cho họ vẫn chưa làm nó hoạt động một cách ổn định, tiến bộ này có thể giúp mở ra tiềm năng điều khiển các vật thể chỉ bằng âm thanh.
Với các ngành như kỹ thuật y sinh, công nghệ nano hay nghiên cứu dược phẩm, việc điều khiển các vật thể mà không cần chạm vào là đầy hữu dụng. Chúng ta hiện đã có thể thực hiện được điều này với một công nghệ gọi là “cây nhíp quang học”, bằng việc sử dụng những tia laser tạo ra áp suất bức xạ đủ lớn để nhấc và di chuyển những hạt vô cùng nhỏ.
“Cây nhíp âm thanh” thì có khả năng di chuyển các hạt nhỏ bằng áp suất tạo ra bởi sóng âm, và có triển vọng trở thành một công cụ mạnh mẽ hơn. Chúng có thể được sử dụng để điều khiển nhiều loại nguyên vật liệu hơn, với kích cỡ lớn hơn, có thể tính bằng milimet.
Dù vậy, kể từ khi được phát minh ra lần đầu vào những năm 80s, có những hạn chế nhất định cản trở việc ứng dụng những cây nhíp âm thanh rộng rãi. Để bắt đầu thì cần có một cái “bẫy” ổn định tạo thành từ sóng âm.
Thiết kế tạo ra bẫy âm thanh
Một cụm gồm các bộ chuyển đổi âm thanh hình bán cầu có thể được dùng để tạo ra bẫy âm thanh này, nhưng điều khiển chúng theo thời gian thực không phải việc dễ dàng gì, khi mà cần tìm đúng trường âm để nhấc một vật thể và di chuyển nó rời xa các bộ chuyển đổi. Mọi thứ còn trở nên khó khăn hơn nếu có một bề mặt phản âm, thứ sẽ làm tăng độ phức tạp của trường âm thanh.
Hai kĩ sư đến từ Đại học Thủ đô Tokyo, Nhật Bản - ông Shota Kondo và ông Kan Okubo - đã tìm ra cách để xây dựng một cụm âm thanh bán cầu với khả năng nhấc một khối cầu polystyren kích cỡ 3mm từ một bề mặt phản xạ.
Trong báo cáo của mình họ viết: “Chúng tôi sử dụng cụm các bộ chuyển đổi âm thanh siêu âm đa kênh để nhặt vật thể mà không chạm vào từ bề mặt cứng có phản xạ. Pha và biên độ của từng kênh được tối ưu sử dụng phương pháp tái tạo âm thanh. Điều này đã tạo ra một bẫy âm thanh ở riêng điểm mong muốn, và việc nhặt vật thể có thể thực hiện trên bề mặt cứng. Theo tìm hiểu của chúng tôi thì đây là nghiên cứu đầu tiên về nhặt vật thể bằng phương pháp này.”
Cây nhíp âm thanh "gắp" cục bông từ bề mặt phản xạ
Kĩ thuật của họ phụ thuộc vào cách chia các bộ chuyển đổi âm thanh vào các khối, khiến cho việc điều khiển chúng dễ dàng hơn là điều khiển độc lập. Rồi họ sử dụng một bộ lọc nghịch đảo để tái tạo âm thanh dựa trên dạng sóng âm. Điều này đã tối ưu hoa các pha và biên độ của từng kênh chuyển đổi âm thanh nhằm tạo ra trường âm mong muốn.
Trường âm này sau đó có thể được di chuyển, mà đương nhiên là sẽ di chuyển quanh vật thể nhỏ bị “bẫy” bên trong. Sử dụng cụm thiết bị này, các nhà nghiên cứu đã có thể nhặt miếng xốp từ một mặt gương, dù chưa quá ổn định - thỉnh thoảng vật thể chạy thoát khỏi áp lực âm thanh, thay vì bị bẫy.
Dù thế nào, nghiên cứu này cũng đã là một bước tiến quan trọng, bởi việc nhặt vật thể từ bề mặt phản xạ chưa từng được thực hiện trước đây. Hai nhà khoa học Nhật Bản thực sự đã mở ra con đường mới cho sự phát triển của lĩnh vực này. Họ viết: “Trong những nghiên cứu tương lai, sức mạnh của phương pháp đã trình bày sẽ được cải tiến để ứng dụng khả năng điều khiển vật thể không tiếp xúc vào thực tế.”