07/12/2022
Door Ad Spijkers
Een nieuwe contactloze manipulatiemethode kan worden gebruikt in toepassingen zoals robotica en productie.
Onderzoekers van de University of Minnesota Twin Cities hebben een nieuwe methode ontdekt om objecten te verplaatsen met behulp van ultrasone golven. Het onderzoek opent de deur voor het gebruik van contactloze manipulatie in industrieën zoals productie en robotica, waar apparaten geen ingebouwde stroombron nodig hebben om te bewegen.
Verplaatsen met golven
Al eerder is aangetoond dat licht- en geluidsgolven objecten kunnen manipuleren. Maar de objecten zijn altijd kleiner geweest dan de golflengte van geluid of licht, respectievelijk in de orde van millimeters tot nanometers. Het onderzoeksteam in Minnesota heeft een methode ontwikkeld die grotere objecten kan verplaatsen met behulp van de principes van metamateriaalfysica.
Metamaterialen zijn materialen die kunstmatig zijn ontworpen om te interageren met golven, zoals licht en geluid. Door een metamateriaalpatroon op het oppervlak van een object te plaatsen, konden de onderzoekers geluid gebruiken om het in een bepaalde richting te sturen zonder het fysiek aan te raken. Wat dit onderzoek onderscheidt, is dat de wetenschappers veel grotere objecten kunnen manipuleren en vangen als ze van hun oppervlak een metamateriaaloppervlak of een 'metasurface' maken.
Door deze kleine patronen op het oppervlak van de objecten plaatsen, kunnen ze het geluid in principe in elke gewenste richting weerkaatsen. En daarmee kunnen ze de akoestische kracht beheersen die op een object wordt uitgeoefend. Met behulp van deze techniek kunnen de onderzoekers een object niet alleen naar voren verplaatsen, maar het ook naar een bron trekken - niet al te veel anders dan de trekstraaltechnologie in sciencefictionverhalen zoals Star Trek.
Vooruitzichten
De methode zou nuttig kunnen zijn voor het verplaatsen van objecten op gebieden als productie of robotica. Contactloze manipulatie is een populair onderzoeksgebied op het gebied van optica en elektromagnetisme, maar dit onderzoek stelt een andere methode voor contactloze bediening voor die voordelen biedt die andere methoden misschien niet hebben. Afgezien van de toepassingen die dit onderzoek mogelijk maakt, zorgt het ook voor uitbreiding van de kennis van de natuurkunde in het algemeen.
Hoewel deze studie meer een demonstratie van het concept is, willen de onderzoekers in de toekomst hogere frequenties van golven en verschillende materialen en objectafmetingen testen. Op veel gebieden van wetenschap en techniek, met name robotica, is er de behoefte om dingen te verplaatsen, om een signaal om te zetten in een soort gecontroleerde beweging.
Vaak gebeurt dit met behulp van fysieke banden of een energiebron om een taak uit te voeren. De onderzoekers denken dat ze een nieuwe richting inslaan. Ze laten zien dat ze zonder fysiek contact objecten kunnen verplaatsen en dat beweging kan worden gecontroleerd door te programmeren wat zich op het oppervlak van dat object bevindt. Dit geeft een nieuw mechanisme om dingen contactloos te bedienen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Olivia Hultgren