L'année dernière, Asier Marzo, puis doctorant à l'Université Publique de Navarre, contribué au développement du premier faisceau tracteur acoustique unilatéral, c'est-à-dire la première réalisation de piéger et de tirer un objet en utilisant des ondes sonores d'une seule direction. Aujourd'hui assistant de recherche à l'Université de Bristol, Marzo a dirigé une équipe qui a adapté la technologie pour être, à toutes fins utiles, imprimable en 3D par n'importe qui (avec un peu d'assemblage requis, bien sûr).

En plus d'une vidéo explicative entièrement détaillée que le groupe a produite pour le public, les résultats du travail d'élaboration de ce bricolage, le faisceau tracteur acoustique portatif apparaîtra cette semaine en tant que document en libre accès dans Lettres de physique appliquée .

La lévitation sonique n'est pas nouvelle, et l'utilisation d'ondes sonores pour déplacer des objets macroscopiques, ou créer des motifs dans le sable au repos et l'eau qui coule, est dispersé sur YouTube et ce depuis des années. Cette technologie, cependant, n'est pas simplement la lévitation sonique, utiliser le son pour pousser des objets.

Basé sur une physique fondamentale similaire utilisée pour créer des pièges optiques pendant des décennies, ces rayons tracteurs sont fidèles à leur nom en ce qu'ils tirent des objets, piégeant de petites perles - et même des insectes - à leurs foyers.

"Le plus important est qu'il puisse attirer la particule vers la source, " a déclaré Marzo. " Il est très facile de pousser des particules de la source, mais ce qui est dur, c'est de les tirer vers la source; pour attirer les particules. Lorsque vous déplacez le rayon tracteur, la particule se déplace, mais sinon le piège est statique. Il peut faire léviter de petits plastiques; il peut aussi faire léviter une mouche et de petits échantillons biologiques. C'est assez pratique."

Les premières versions de l'appareil qui ont prouvé que le concept était possible n'étaient pas beaucoup plus grandes que ces nouvelles, Versions imprimables en 3D. Cependant, leur technologie sous-jacente était plus complexe et nécessitait une électronique coûteuse.

Une grande partie des dépenses provient de la gamme de composants actifs qui façonnent électroniquement les ondes sonores, manipuler comment et où ils interfèrent pour créer l'environnement de piégeage d'objets résultant juste au-dessus du tableau.

"Auparavant, nous développions un rayon tracteur, mais c'était très compliqué et cher car il fallait un réseau de phases, qui est un système électronique complexe, " dit Marzo. " Dans ce papier, nous avons fait un simple, rayon tracteur statique qui ne nécessite qu'un morceau de matière statique."

La simplicité (et l'abordabilité) de ce passif, l'approche de la matière statique vient de l'architecture particulière de cette matière, conçu pour remplacer les composants du réseau de phases et pour façonner les ondes sonores de manière structurelle plutôt qu'électronique. Comme le son, qui peut désormais être généré à partir d'une seule source, passe à travers ces éléments soigneusement conçus, les vagues sont façonnées par la structure interne du matériau imprimé en 3D.

"Nous pouvons moduler une simple onde en utilisant ce qu'on appelle un métamatériau qui est essentiellement un morceau de matière avec beaucoup de tubes de différentes longueurs. Le son passe à travers ces tubes et quand il sort du métamatériau, il a les phases correctes pour créer un rayon tracteur, " dit Marzo.

Avec un effet qui est principalement déterminé par la forme des tubes, l'équipe de recherche s'est concentrée sur l'optimisation de la conception pour permettre la fabrication avec des imprimantes 3D courantes, s'assurer qu'il pourrait être construit même par des amateurs à domicile.

Selon Marzo, c'était avant tout un défi de résolution, nécessitant une conception qui ne souffrirait pas de la précision limitée des buses d'imprimante 3D bas de gamme. "Nous devions très bien concevoir les tubes pour leur permettre d'être imprimés en 3D avec une imprimante 3D normale. Une imprimante 3D normale a beaucoup de limites, " il a dit.

Avec ces limitations surmontées, le groupe a développé le reste du système de faisceau tracteur en utilisant des composants facilement accessibles, tels que du populaire fournisseur d'électronique open-source, Arduino. Ils ont même produit une vidéo explicative détaillée pour sa construction, un lien vers lequel est inclus ci-dessous.

"Il y aura un ensemble d'instructions avec une liste des composants nécessaires et une vidéo étape par étape. Les composants sont très simples, comme un Arduino et un pilote de moteur, et tout peut être acheté sur Amazon pour moins de 50 £ (environ 70 $), " dit Marzo.

En plus d'impressionner sérieusement les convives, ces faisceaux tracteurs de bricolage ont de nombreuses utilisations potentielles et peuvent même devenir un nouvel outil pour étudier les effets de la faible gravité sur les échantillons biologiques. Marzo a souligné que ce type de recherche sur la « micro-gravité » présente déjà un intérêt et a encouragé les biologistes à trouver leurs propres applications pour l'appareil.

"Récemment, il y a eu plusieurs articles sur ce qui se passe si nous faisons léviter un embryon, comment se développe-t-il ? Ou que se passe-t-il si nous faisons léviter des bactéries ?" dit-il. "Par exemple, ils ont découvert que la salmonelle est trois fois plus [virulente] lorsqu'elle est en lévitation. Certains micro-organismes réagissent différemment à la microgravité."

Il existe trois conceptions de l'appareil, chacun avec des profils de piégeage adaptés à différentes tailles d'objets par rapport à la longueur d'onde du son utilisé. Cependant, même pour la mise en œuvre complète en laboratoire où le groupe piège des objets plus lourds et même des liquides, piéger des objets plus grands que la moitié de la longueur d'onde du son pose toujours un défi. Pour les fréquences pratiques, juste au-dessus de ce que les humains peuvent entendre, cela limite la taille des objets piégeables à quelques millimètres.

Alors que Marzo et son groupe s'efforcent de surmonter ce défi et continuent d'améliorer les capacités de leurs faisceaux tracteurs, la démocratisation de leur technologie ouvre la voie à des utilisations et des ajustements incalculables de la part de la communauté des fabricants. Donc, la question est vraiment :que feriez-vous avec votre propre rayon tracteur ?