Az "árnyékhullámvezető" fogalma úgy hangzik, mintha egy sci-fi-ből származna, de valójában ez egy mérnökök által kifejlesztett technika az anyag hanggal való manipulálására.
VIDEÓ: Ebben a videóban nincsenek fizikai szerkezetek. A részecskéket a folyadékon keresztül vezető "falak" valójában hanghullámok összetett kombinációi, amelyeket egy új technika, az úgynevezett árnyékhullámvezető hoz létre. Forrás: Junfei Li, Duke Egyetem
Az amerikai Duke Egyetem kutatói egy újfajta akusztikus csipesszel álltak elő, amely hanghullámok segítségével mozgat apró objektumokat anélkül, hogy megérintené őket. Alkalmazásuk a mikrorobotikától kezdve a gyógyszeradagoláson át az orvosbiológiai tudományokig (például a daganatok megcélzásáig vagy a műtétek elvégzéséig) terjed.
Ez az új módszer komplex akusztikus mintákat alkalmaz a folyadékban lévő apró részecskék irányítására. A Science Advances című folyóiratban megjelent tanulmány szerint a kutatócsoport két hangforrást használt arra, hogy egy kamrában szorosan zárt akusztikus mezőt hozzon létre, és a részecskéket azon keresztül mozgatja.
Korábbi technikák már bizonyították, hogy az akusztikus csipeszek képesek különféle részecskék befogására, forgatására és mozgatására. Voltak azonban korlátok, a jelenlegi elrendezések gyakran több hangforrást használnak, amelyek a részecskékre egymás mellett hatnak. A részecskék önálló manipulációját szilárd csatornaszerkezetek kialakításával érték el a kamrában, de ez károsíthatja a részecskéket és lelassíthatja mozgásukat.
Ez az új árnyékhullámvezető technika belső szerkezetek nélkül képes befolyásolni az egyes részecskéket. "Akusztikus hullámenergiát akartunk bejuttatni a kamrába, és egy, a kamrán kívül elhelyezkedő struktúrát akartunk használni a kamrán belüli hanghullámok alakjának szabályozására" - magyarázta Steve Cummer, a Duke Egyetem kutatója, a tanulmány társszerzője. Hozzátette: "Az eredmény egyfajta optikai szál a hang számára, amely alakítja a hang terjedését, és szándékosan szivárogtatja az energiájának egy részét a kamrába - ez egyfajta hangárnyék -, hogy virtuális csatornák segítségével irányítsa a benne lévő részecskéket."
Az árnyék-hullámvezetőket 3D-nyomtatott öntőformák hozzák létre, amelyeket polidimetil-sziloxán (PDMS) szilikonnal töltenek meg, amelybe légcsatornákat építettek. Ezek a csatornák diktálják, hogy a hanghullámok hol és hogyan lépjenek be a kamrába, és így a részecskéket hogyan kell irányítani. A vezető öntőforma a kamrán kívül marad, de a PDMS nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a víz, így a hanghullámok könnyen eljutnak a vezetőformából a kamrába.
Ezt a felszetelést használva a csapat két hangforrást helyezett el a kamra két végén, és ezekkel mozgatta a részecskéket a kamrán keresztül, pontosan szabályozott sebességet érve el összetett pályákon.
"Az akusztikus eszközöket nagyon nehéz átkonfigurálhatóvá tenni, de nagyon szeretnénk kitalálni, hogyan volna ez lehetséges, mert ez drámai javulást jelentene a technika használhatóságában" - mondta Junfei Li társszerző, a Duke kutatója, egyben arra is rámutatva, hogy milyen irányba folytatják a kutatásaikat.
