Assemblage et manipulation d'amas composés de particules macroscopiques par lévitation acoustique. une, Croquis de configurations d'amas compacts (états fondamentaux isostatiques) pour une à cinq particules. b, Schéma du montage expérimental. Un transducteur à ultrasons génère des ondes sonores dans l'air, à la vitesse du son cs= 343 m s−1 . La distance entre le transducteur et le réflecteur acrylique transparent est choisie pour créer une onde stationnaire de pression (ligne bleue) avec deux nœuds, à la fréquence f0= 45,65 kHz et à la longueur d'onde cs/f0. Les particules de polyéthylène sont en lévitation acoustique dans le bas des deux nœuds. c, Image du cluster de côté. Les grappes sont également imagées par le bas via un miroir (d). ré, Différentes configurations de cluster, imagé d'en bas. Haut :en deux dimensions, il n'y a qu'une seule configuration de cluster à cinq particules, mais six particules peuvent former l'un des trois états fondamentaux distincts :le parallélogramme P, chevron C et triangle T. En bas :les amas à sept particules ont quatre configurations compactes :fleur (Fl), tortue (Tu), arbre (Tr) et bateau (Bo). Crédit: Physique de la nature (2019). DOI :10.1038/s41567-019-0440-9
Des scientifiques de l'Université de Bath ont fait léviter des particules en utilisant le son dans une expérience qui pourrait avoir des applications dans ce qu'on appelle la "robotique douce" et aider à révéler comment les planètes commencent à se former.
L'équipe de recherche, de l'Université de Bath et de l'Université de Chicago, étaient intéressés par la façon dont les matériaux se regroupent lorsqu'ils ne sont pas sur une surface plane et dure.
Ils ont utilisé des ondes sonores pour faire léviter des particules d'environ 1 mm de diamètre et ont étudié comment ces particules, fait du polyéthylène plastique commun, interagir les uns avec les autres en 2-D en petits groupes de six ou sept.
Lorsqu'il y a cinq particules ou moins, les particules se regroupent dans une seule configuration. Cependant, lorsqu'il y a au moins six particules, il existe un certain nombre de formes différentes dans lesquelles ils pourraient s'assembler lorsqu'ils sont réunis, comme les scientifiques l'ont découvert.
En faisant léviter les particules et en utilisant des caméras à grande vitesse, les chercheurs ont pu capturer ces différentes configurations. Ils ont découvert que des groupes de six particules peuvent former trois formes :parallélogramme, chevron, et triangulaire.
L'ajout d'une particule supplémentaire pour en faire sept signifiait que les particules se regroupaient dans l'une des quatre formes, chacun ressemblant à une fleur, une tortue, un arbre, ou un bateau.
L'équipe a découvert qu'en changeant la fréquence des ondes sonores, ils pourraient manipuler les amas et influencer la forme émergente. Ils ont découvert que la réorganisation des formes dépend souvent d'une particule agissant comme une "charnière" et se balançant autour des autres pour se reconfigurer, qui pourrait être très utile dans une gamme d'applications potentielles.
Le Dr Anton Souslov du département de physique de l'Université de Bath a déclaré :" Six particules est le minimum nécessaire pour changer entre différentes formes, c'est là que les choses deviennent intéressantes.
"Nous avons découvert qu'en changeant la fréquence des ultrasons, nous pouvons faire bouger les amas de particules et les réarranger. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour manipuler des objets pour former des structures complexes. Peut-être que ces charnières que nous observons pourraient être utilisées pour développer de nouveaux produits et outils dans les domaines de la technologie portable ou de la robotique douce - où les scientifiques et les ingénieurs utilisent des technologies douces, matériaux manipulables pour créer des robots avec plus de flexibilité et d'adaptabilité que ceux fabriqués à partir de matériaux rigides.
« Comprendre comment contrôler les forces ultrasonores est vraiment important - les ultrasons sont déjà utilisés dans l'industrie et dans les produits ménagers, de la fabrication de minuscules gouttelettes dans les humidificateurs (pour les hivers secs de Chicago) au nettoyage de la crasse des surfaces dures. Pour nous, les scientifiques, défier la gravité pour faire léviter la poussière a également cet intérêt plus fondamental de développer des expériences terrestres pour comprendre comment des corps dans l'espace comme les planètes et les lunes commencent à se former lorsque la poussière spatiale commence à s'agglomérer. »
L'étude est publiée dans Physique de la nature . L'équipe de recherche entend maintenant examiner comment la lévitation acoustique peut rassembler un plus grand nombre de particules pour assembler des structures plus complexes.
