能够利用声波控制物体的牵引光束已经不再是科幻小说或科学实验室的东西。多亏了Asier Marzo和他的同事Sue Ann Seah、Bruce W. Drinkwater、Deepak Ranjan Sahoo、Benjamin Long在布里斯托大学和瑟赛克斯大学的Sriram Subramanian两年多的实验,一个便携式拖拉机梁现在可以在你自己的家里3D打印。
在这篇文章中,我们将解释一下“魔法”是如何产生的包括Marzo的独家评论,Marzo是便携式牵引光束项目的首席研究员。
Gif显示千年隼在《星球大战第四集:新的希望》中被拉入帝国的死星。Lucasfilm的剪辑特性。通过以下方式创建:马塞洛祖尼加在Youtube上
牵引梁,它们是如何工作的?
牵引光束通常通过使用相控阵结构中的无线电波来工作.这意味着每个换能器(省略光束的装置)都是在不同的电气阶段单独设置的。这种设置的好处是让用户对波浪有更多的控制,通常在军事或航空航天工业中大规模使用。
在较小的工业规模上,不一定需要相控阵设置。Marzo的方法所做的是简化校准波形的方式,并且只使用一个驱动器来控制所有传感器。这不仅意味着它可以在家里制造,而且在马尔佐看来,它在医学上有着巨大的应用潜力。他解释说:
在我看来,最重要的应用是使用更小的(牵引光束)从外部操纵我们体内的粒子(如肾结石或药物胶囊),而不需要任何切口。这是可能的,因为声音通过水或我们的身体传播比通过空气传播更好。
虽然制作牵引光束的方法相当简单,但3D打印杯(见下图)对于设置工作是必不可少的。Marzo补充说,“3D打印部分被用作扬声器的插座,这比看起来更重要,因为扬声器需要被固定在特定的位置和角度。”
牵引光束的声波一旦产生,就会产生一种有效的力量陷阱一个对象——一个概念,本文将对此作进一步的说明操纵悬浮物体的全息声学元件由Marzo等人撰写,2015年发表在《自然》杂志上。
周末的一个项目
在Bristol Interaction and Graphics group提供的视频中从布里斯托尔大学的工程学院,所有的电子修补和3D打印的Marzo的牵引光束是一步一步地分解,包括只有15个单独的组件,要么很容易在网上获得(例如,一个Arduino纳米电路板),或者你会在家里的车间里找到的那种工具/当地MakerSpace(例如一块木板、胶枪、测量电压的示波器)。
除了用于房屋传感器的杯子,该设计还可以被修改,以创建一个更全面的3D打印产品,即一个塑料把手来取代木制组件。
iMakr UK公司的首席技术官Tom Rafferty解释道,只要对电子和焊接有一点了解,将Marzo的牵引光束组装在一起就不会有任何麻烦。“每个传感器的调谐(用示波器完成)将是最复杂的部分”,尽管他说他愿意尝试以《星球大战》为主题制作自己的电影。当然,我们忍不住问Marzo关于这项工作最重要的应用之一....
牵引光束需要多大才能把千年隼号拖进死星?
我们在办公室里都在讨论这个问题,但正如Marzo指出的那样“首先,声音不会在空间中传播”。他接着补充说,
对抗千年隼推进器所需的功率将是巨大的,声音相对较弱(Keolian说,这将需要一群10万名儿童大声尖叫才能为灯泡供电)
根据Marzo的研究方法,被捕获物体的最大尺寸是波长的一半,”所以“40kHz只能使粒子悬浮到4mm以下。”
为了捕获像千年隼(大约35米)这样大的东西,我们需要使用4Hz,这很好,因为我们听不到它,但如此低的频率会对人体产生一些不愉快的后果。
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特色图片显示,阿西尔·马尔佐用他的手工制作的声波牵引梁将一个聚苯乙烯球悬浮起来。屏幕截图:Asier Marzo on Instructables