Ультразвуковая волшебная палочка

12.01.2015

"Вингардиум левиоса" - таким заклинанием пользовались персонажи из сказочного сериала про Гарри Поттера, чтобы взмахом волшебной палочки заставить предметы летать по воздуху. Но пока писатели и режиссеры придумывают новые фантастические истории, наука шаг за шагом воплощает в жизнь вещи, казавшиеся ранее невозможными. На этот раз дело коснулось перемещения предметов по воздуху, или левитации. Левитацией можно назвать такой физический эффект, при котором предмет без видимой опоры находится или перемещается в воздухе. Например, если обычный магнит поместить над сверхпроводящим материалом, который перед этим был охлажден до низкой температуры, то случится "чудо" - магнит будет свободно парить в воздухе на небольшой высоте. Связано это с особым поведением магнитного поля в сверхпроводниках.

Такое явление, хотя и весьма любопытно, для практического использования малопригодно: потребность перемещать магниты над охлажденным до температуры жидкого азота сверхпроводником возникнет далеко не у каждого. Совсем другое дело, если будет придуман способ бесконтактно перемещать любые объекты, независимо от их природы. Такое изобретение будет широко востребовано в тех областях, где важна чрезвычайная чистота материалов. Например, в фармацевтике или микроэлектронике: там любой лишний контакт с материалом может занести в него нежелательные примеси. Физики из университета Сан-Пауло в Бразилии предложили способ, с помощью которого можно заставить небольшие объекты не только парить в воздухе, но и перемещать их в нужном направлении.

Чтобы преодолеть силу тяжести, исследователи использовали давление, которое оказывают звуковые волны. Ощутить силу звука можно, если встать напротив мощной колонки, работающей на полную громкость. Звук представляет собой колебание, возникающее в какой-либо среде. Это может быть воздух, вода или твердые материалы. В космосе звуковых волн нет, потому что отсутствует среда, в которой они могут распространяться: вакуум - это молчаливая пустота. С физической точки зрения передача звука в воздухе представляет собой движение областей высокого и низкого давления. Колебания давления создают силу, которая может воздействовать на механические объекты. Так устроено наше ухо, где звуки окружающего нас мира передаются в мозг через колебания барабанной перепонки.

Теперь надо вспомнить еще одну особенность колебаний - существование стоячих волн. Простейший пример: если закрепить один конец длинной веревки, а другой перемещать с постоянной частотой вверх-вниз, то некоторые точки веревки будут оставаться неподвижными. Образование такой стоячей волны происходит вследствие наложения двух волн - исходной, созданной движением свободного конца веревки, и отраженной волны. Эффекты, возникающие при наложении звуковых волн друг на друга, легли в основу разработанного метода ультразвуковой левитации. Излучатель испускает ультразвуковые волны, которые отражаются от расположенной на некотором расстоянии поверхности. Излученные и отраженные волны складываются, образуя что-то вроде коридора, в котором чередуются области высокого и низкого давления. Если предмет попадает в область стоячей ультразвуковой волны, энергии волн хватает, чтобы компенсировать силу тяжести, и мы наблюдаем эффект левитации.

Несмотря на то, что метод ультразвуковой левитации начал развиваться несколько лет назад, добиться стабильного удержания предметов в воздухе было весьма не просто. Долгое время не удавалось создать стабильную стоячую ультразвуковую волну достаточной мощности: небольшое перемещение излучателя или отражателя - и эффект пропадал. Чтобы решить эту задачу, Марко Андраде (Marco Andrade) и его коллеги использовали принцип формирования стоячих волн, основанный на многократном отражении. Они изготовили специальный вогнутый отражатель ультразвука, с помощью которого удалось достигнуть левитации небольших пластиковых шариков без точной настройки системы. Даже если держать отражатель волн в руке, эффект левитации не пропадает - еще недавно это казалось невозможным. Такая технология имеет уже гораздо больше шансов на реальное применение.

<< Назад: Твердотельный накопитель Plextor M7e 13.01.2015

>> Вперед: Смартфон Samsung Galaxy A7 12.01.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Имплантат для подключения мозга к компьютеру 02.08.2020 Группа исследователей из Мичиганского университета разработала новый мозговой имплантат очень малой мощности. Ученые говорят, что их разработка до 90 % энергоэффективнее, чем аналогичные. Специалистам удалось не только снизить требования к источнику питания имплантата, они сделали его очень точным в расчетах электрических сигналов мозга, передающихся нейронами. Открытие может привести к созданию долговременных мозговых имплантатов, которые можно будет применять при лечении неврологических заболеваний, использовать для управления искусственными роботизированными протезами конечностей и другой электроникой. По словам специалистов из Мичиганского университета, сегодня для точной интерпретации сигналов мозга и их дальнейшего использования требуется компьютер, обычно размером больше самого человека. Такая машина потребляет очень много электричества. Снижение требований к источнику питания "на порядок" откроет дверь к разработке компактных интерфейсов "мозг-машина". Для возможности прогнозирования сложных моторных функций на основе нейронной активности, например, взятия предмета рукой, сегодня применяются специальные чрескожные электроды. Они выступают в роли прямого канала передачи данных между мозгом и компьютером. По словам ученых, для эффективной работы может потребоваться наличие 100 таких каналов. При этом они должны обладать возможностью передачи до 20 тыс. электрических сигналов мозга в секунду. Соблюдение этих условий может вернуть человеку возможность управлять своей парализованной рукой или даже, например, почувствовать через искусственный имплантат насколько мягким или твердым является объект, который он держит. Проблема заключается в том, что такой подход небезопасен, поскольку сопровождается рисками инфекции при интеграции электродов в мозг. Кроме того, он не очень практичен за пределами исследовательских лабораторий. К счастью, наука на месте не стоит и ученые уже разработали беспроводные имплантаты на основе интегральных схем, способных считывать и передавать около 16 тыс. электрических сигналов мозга в секунду. Но это ниже требуемого порога требуемой эффективности. Преимущество разработки исследователей из Мичиганского университета состоит в том, что их технология способна сжимать сигналы, передающиеся мозгом. Ученые сосредоточили свое внимание на пиковых сигналах нейронов, пересекающих определенный порог мощности. Это позволило сократить объем данных, которые необходимо обработать компьютеру и в то же время спрогнозировать следующий запуск нейронов. Эксперименты показали, что по сравнению с чрескожными имплантатами новая система обладает точно таким же уровнем точности, но при этом требует обработки всего 1/10 от общего объема электрических сигналов. Другими словами, при обработке всего 2000 сигналов мозга исследователи смогли добиться такой же точности, как при обработке 20 тысяч сигналов. Ученые уверены, что это открытие однажды изменит медицину.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026