要約:
2008 年の映画「インクレディブル ハルク」をご覧になった方は、強力な音波を使用して緑色の巨人を制圧した音波砲をまだ覚えているでしょう。今回、フィンランドのヘルシンキ大学の科学者は、スペインのナバラ公立大学および米国のミシガン大学の研究者と協力して、このアイデアの現実的なプロトタイプを作成しました。それは、空気中の物質の流れを物理的に拘束し、誘導できる超音波のみで構成される「パイプライン」です。
この目に見えない質量のないパイプは、256 個のマイクロ スピーカーから発せられる超音波によって「構築」されます。液体、気体、粉末、さらにはプラズマを誘導することができ、これらの物質が薄い空気から空中に浮遊し、ゆっくりと前進しているように見せます。プロセス全体を通じて可聴音は聞こえませんでした。流れの方向を変えるために、物理的な部品を動かす必要はありません。スピーカーの動作方法を調整し、目に見えないパイプの形状を変更するだけです。
「私がこれまで見た実験装置の中で、これは最も魔法に近いと言えます。」プロジェクトリーダーでヘルシンキ大学電子工学教授のアリ・サルミ氏はこうコメントした。
このアイデアの起源は、研究チームの以前のプロジェクトでした。彼らはパイプの内壁に付着した物質を洗浄するために超音波を使用しました。この考えに従って、彼らはさらに、パイプの物理的な壁を単に取り除き、物質が付着する場所をなくしたら、問題は根本から消えるのではないかと想像しました。
このアイデアを現実にするために、研究者たちはさまざまなスピーカー レイアウトに関して試行錯誤を繰り返しました。最終的なプロトタイプには、円筒構造の周りに配置された 256 個の小さな超音波トランスデューサーがあり、約 40 キロヘルツの周波数で音波を放射します。これらの音波のタイミングを正確に制御することで、音波が交差するときに音場を形成し、通過する物質に力を加えて特定の経路に制限します。音場を調整すると、物理的なパイプは静止したままで、このパスを曲げたり方向を変えることができます。試作品のパイプの長さはわずか 8 センチで、消費電力は約 50 ワットで、昔ながらの白熱電球とほぼ同等です。
これはまだプロトタイプにすぎませんが、音だけでさまざまな形の物質を空中に継続的に導くのに十分であることが研究によって証明されています。以前のほとんどの音響操作システムは、個々の粒子または液滴を浮遊させて移動させることしかできませんでしたが、新しいシステムは物質の連続的な流れを処理できます。実験では、研究者らは流れる水を誘導し、粉末をさまざまな容器に送り込み、ミストと空気の流れを操作し、さらには放出経路を制御することに成功した。
応用の見通しに関して、チームは材料、特に従来のパイプラインを腐食したり内壁に蓄積しやすい腐食性や粘着性の材料の非接触輸送を想定しています。この技術は、汚染の影響を非常に受けやすい敏感な材料の取り扱いにも適している可能性があります。リアルタイムで流れの方向を電子的に変更できる機能により、材料を目的の場所に正確に配送するための新たな可能性も提供されます。
しかし、プロトタイプから実際の超音波パイプラインに至るには、まだ長い道のりがあります。明らかな制限は、サイズとコストの差です。長さわずか 8 センチメートルの「パイプ」を作成するには、256 個のスピーカーが必要であり、ハードウェアのオーバーヘッドはかなり大きくなります。研究者らは、同様のモジュールをつなぎ合わせて、より長いパイプラインを作成できると考えています。
もう 1 つの問題は音の強さです。研究者らによると、パイプの中心での超音波の強度は、誰かが耳の中で銃を連続発砲したのと同等です。デバイスの外側であっても、音響強度はジェット エンジンの隣に立つのと同等です。幸いなことに、40 キロヘルツは人間の通常の可聴範囲を超えています。実際にはその叫び声はまったく聞こえませんが、近くに犬がいないことを確認するのが最善です。
関連する研究結果は、米国科学アカデミー紀要 (PNAS) に掲載されています。
コメント