Исследование опубликовано в Сообщения о природе, рецензируемый научный журнал с открытым доступом.

Хотя ранее было продемонстрировано, что световые и звуковые волны могут манипулировать объектами, объекты всегда были меньше длины волны звука или света, или порядка миллиметров до нанометров соответственно. Команда Университета Миннесоты разработала метод, который позволяет перемещать более крупные объекты, используя принципы физики метаматериалов.

Метаматериалы - это материалы, которые искусственно сконструированы для взаимодействия с волнами, такими как свет и звук. Поместив рисунок из метаматериала на поверхность объекта, исследователи смогли использовать звук, чтобы направлять его в определенном направлении, не прикасаясь к нему физически.

"Мы уже давно знаем, что волны, свет и звук могут манипулировать объектами. Что отличает наше исследование от других, так это то, что мы можем манипулировать и захватывать гораздо более крупные объекты, если сделаем их поверхность метаматериальной поверхностью или "метаповерхностью"", - сказал Огнен Илич, старший автор исследования и доцент кафедры машиностроения Университета Миннесоты имени Бенджамина Мэйхью. "Когда мы размещаем эти крошечные узоры на поверхности объектов, мы можем в принципе отражать звук в любом направлении, в каком захотим. И при этом мы можем контролировать акустическую силу, которая воздействует на объект".

Используя эту технику, исследователи могут не только перемещать объект вперед, но и притягивать его к источнику - не слишком отличается от технологии притягивающего луча в научно-фантастических историях, таких как Звездный путь.

Их метод может оказаться полезным для перемещения объектов в таких областях, как производство или робототехника.

"Бесконтактные манипуляции являются актуальной областью исследований в области оптики и электромагнетизма, но в этом исследовании предлагается другой метод бесконтактного приведения в действие, который предлагает преимущества, которых могут не иметь другие методы", - сказал Мэтью Стейн, первый автор статьи и аспирант кафедры машиностроения Университета Миннесоты. "Кроме того, помимо приложений, которые дает это исследование, расширение наших знаний о физике - это просто очень захватывающее занятие в целом!"

Хотя это исследование является скорее демонстрацией концепции, исследователи стремятся протестировать более высокие частоты волн и различные материалы и размеры объектов в будущем.

"Во многих областях науки и техники, особенно в робототехнике, существует необходимость перемещать предметы, передавать сигнал в какое-то управляемое движение", - сказал Илич. "Часто это делается с помощью физических привязок или необходимости носить с собой какой-то источник энергии, чтобы иметь возможность выполнять задачу. Я думаю, что здесь мы движемся в новом направлении и показываем, что без физического контакта мы можем перемещать объекты, и что движением можно управлять, просто программируя то, что находится на поверхности этого объекта. Это дает нам новый механизм для бесконтактного приведения в действие вещей".

Это исследование было поддержано Миннесотским институтом робототехники и Управлением научных исследований ВВС.

Помимо Илича и Стейна, в исследовательскую группу входили студент факультета машиностроения Университета Миннесоты Сэм Келлер и аспирант Юджи Ло.

Видео: https://youtu.be/61y6CBfyoqI