Bằng cách đặt một mẫu siêu vật liệu lên bề mặt của một vật thể, các nhà nghiên cứu của Đại học Minnesota có thể sử dụng âm thanh để điều khiển nó theo một hướng nhất định mà không cần chạm vào vật thể. 

Phương pháp thao tác không tiếp xúc này có các ứng dụng tiềm năng trong các ngành công nghiệp bao gồm chế tạo người máy và sản xuất.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Minnesota Twin Cities đã khám phá ra cách điều khiển các vật thể bằng sóng siêu âm, mở đường cho chuyển động không tiếp xúc trong các ngành như sản xuất và chế tạo rô-bốt mà không cần nguồn điện bên trong.

Những phát hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Mặc dù trước đây người ta đã chứng minh rằng ánh sáng và sóng âm thanh có thể điều khiển các vật thể, nhưng các vật thể này luôn nhỏ hơn bước sóng của âm thanh hoặc ánh sáng, hoặc tương ứng từ milimét đến nanomet. Nhóm nghiên cứu của Đại học Minnesota đã phát triển một phương pháp có thể di chuyển các vật thể lớn hơn bằng cách sử dụng các nguyên tắc vật lý siêu vật liệu. 

Siêu vật liệu là những vật liệu được thiết kế nhân tạo để tương tác với sóng, như ánh sáng và âm thanh. Bằng cách đặt một mẫu siêu vật liệu lên bề mặt của một vật thể, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng âm thanh để điều khiển nó theo một hướng nhất định mà không cần chạm vào vật thể. 

“Chúng ta đã biết từ lâu rằng sóng, ánh sáng và âm thanh có thể thao túng các vật thể. Điều khiến nghiên cứu của chúng tôi khác biệt là chúng ta có thể điều khiển và bẫy các vật thể lớn hơn nhiều nếu chúng ta biến bề mặt của chúng thành bề mặt siêu vật liệu hoặc 'siêu bề mặt',” Ognjen Ilic, tác giả chính của nghiên cứu và là Trợ lý Giáo sư Benjamin Mayhugh tại Đại học Minnesota cho biết. Khoa Kỹ thuật cơ khí. “Khi chúng tôi đặt những mẫu nhỏ này lên bề mặt của vật thể, về cơ bản chúng tôi có thể phản xạ âm thanh theo bất kỳ hướng nào chúng tôi muốn. Và khi làm điều đó, chúng ta có thể kiểm soát lực âm thanh tác dụng lên một vật thể.”

https://youtu.be/61y6CBfyoqI
Video các nhà nghiên cứu di chuyển một vật thể bằng sóng siêu âm.

Sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu không chỉ có thể di chuyển một vật thể về phía trước mà còn kéo nó về phía nguồn - không quá khác biệt so với công nghệ chùm tia máy kéo trong các câu chuyện khoa học viễn tưởng như Star Trek. 

Phương pháp của họ có thể tỏ ra hữu ích cho việc di chuyển các vật thể trong các lĩnh vực như sản xuất hoặc người máy. 

Matthew Stein, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Thao tác không tiếp xúc là một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn về quang học và điện từ, nhưng nghiên cứu này đề xuất một phương pháp khác cho hoạt động không tiếp xúc mang lại những lợi thế mà các phương pháp khác có thể không có của Khoa Cơ khí Minnesota. “Ngoài ra, ngoài những ứng dụng mà nghiên cứu này mang lại, việc mở rộng kiến ​​thức vật lý của chúng ta nói chung là một điều rất thú vị để làm!”

Mặc dù nghiên cứu này là một minh chứng cho khái niệm này, nhưng các nhà nghiên cứu nhằm mục đích thử nghiệm các tần số sóng cao hơn cũng như các vật liệu và kích thước vật thể khác nhau trong tương lai. 

Ilic cho biết: “Trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, đặc biệt là rô-bốt, cần phải di chuyển mọi thứ, chuyển tín hiệu thành một loại chuyển động được kiểm soát nào đó. “Thường thì điều này được thực hiện thông qua dây buộc vật lý hoặc phải mang theo một nguồn năng lượng nào đó để có thể thực hiện một nhiệm vụ. Tôi nghĩ chúng ta đang lập biểu đồ theo một hướng mới ở đây và chỉ ra rằng không cần tiếp xúc vật lý, chúng ta có thể di chuyển các vật thể và chuyển động đó có thể được điều khiển đơn giản bằng cách lập trình những gì có trên bề mặt của vật thể đó. Điều này mang lại cho chúng tôi một cơ chế mới để vận hành mọi thứ mà không cần tiếp xúc.”

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Robot Minnesota và Văn phòng Nghiên cứu Khoa học của Lực lượng Không quân.