Акустическая левитация
Подвешивание предметов с помощью звуковых волн

Акустическая левитация — это метод удержания вещества в воздухе против силы тяжести с использованием давления акустического излучения от высокоинтенсивных звуковых волн. [1] [2]

Он работает по тем же принципам, что и акустический пинцет, используя силы акустического излучения. Однако акустические пинцеты, как правило, представляют собой небольшие устройства, которые работают в жидкой среде и меньше подвержены влиянию гравитации, тогда как акустическая левитация в первую очередь связана с преодолением гравитации. Технически динамическая акустическая левитация является формой акустофореза , хотя этот термин чаще ассоциируется с небольшими акустическими пинцетами. [3]

Обычно используются звуковые волны на ультразвуковых частотах [4], таким образом, не создавая звука, слышимого человеком. Это в первую очередь связано с высокой интенсивностью звука, необходимой для противодействия гравитации. Однако были случаи использования слышимых частот. [5]

Акустический левитатор стоячей волны типа рупор Ланжевена в Аргоннской национальной лаборатории

Существуют различные методы генерации звука, но наиболее распространенным является использование пьезоэлектрических преобразователей , которые могут эффективно генерировать высокоамплитудные выходные сигналы на требуемых частотах.

Левитация — перспективный метод бесконтейнерной обработки микрочипов и других небольших, деликатных объектов в промышленности. Бесконтейнерная обработка может также использоваться для приложений, требующих очень чистых материалов или слишком жестких химических реакций, чтобы происходить в контейнере. Этот метод сложнее контролировать, чем другие, такие как электромагнитная левитация, но имеет преимущество в том, что он позволяет левитировать непроводящие материалы.

Хотя изначально акустическая левитация была статичной, она прошла путь от неподвижной левитации до динамического управления парящими объектами, что является способностью, полезной в фармацевтической и электронной промышленности. [6] [7] Впервые этот динамический контроль был реализован с помощью прототипа с шахматным массивом квадратных акустических излучателей, которые перемещают объект с одного квадрата на другой, медленно уменьшая интенсивность звука, излучаемого одним квадратом, и увеличивая интенсивность звука с другого, позволяя объекту перемещаться практически «под уклон». [7] Совсем недавно разработка фазированных решетчатых преобразовательных плат позволила осуществлять более произвольный динамический контроль нескольких частиц и капель одновременно. [8] [9] [10]

Недавние достижения также привели к значительному снижению стоимости технологии. «TinyLev» — это акустический левитатор, который можно построить из широко доступных недорогих готовых компонентов и одной рамы, напечатанной на 3D-принтере. [11] [12]

История

Экспериментальный

Рисунок эксперимента Кундта с трубкой . Движение частиц под действием акустических радиационных сил было первой демонстрацией возможности акустической левитации.

Первая демонстрация возможности акустической левитации была сделана в экспериментах с трубкой Кундта в 1866 году. Эксперимент в резонансной камере продемонстрировал, что частицы могут собираться в узлах стоячей волны с помощью акустических радиационных сил. Однако первоначальный эксперимент проводился с целью вычисления длин волн и, следовательно, скорости звука в газе.

Первая левитация была продемонстрирована Бюксом и Мюллером в 1933 году, которые подняли капли спирта между кварцевым кристаллом и отражателем. [13] Следующее достижение было сделано Хилари Сент-Клер, которая интересовалась силами акустического излучения, прежде всего, для их применения при агломерации частиц пыли для использования в горнодобывающей промышленности. [14] [15] Он создал первое электромагнитное устройство для создания амплитуд возбуждения, необходимых для левитации, [16] затем продолжил поднимать в воздух более крупные и тяжелые предметы, включая монету. [14]

Тейлор Ван был руководителем группы, которая активно использовала силы акустического излучения в качестве механизма удержания в условиях невесомости, подняв устройство на борт космического челнока Challenger STS-51-B для исследования поведения левитирующих капель в условиях микрогравитации. [17] Дальнейшие эксперименты проводились в 1992 году на борту Лаборатории микрогравитации США 1 (USML-1) [18] и в 1995 году на борту USML-2 [19] .

Самым распространенным левитатором, по крайней мере, с 1970-х годов [20] до 2017 года был рог Ланжевена [21] , состоящий из пьезоэлектрического привода, металлического передатчика и отражателя. Однако это требовало точной настройки расстояния между передатчиком и отражателем, поскольку расстояние между источником и отражателем должно было быть точным кратным длине волны. Это сложнее, чем кажется, поскольку длина волны меняется со скоростью звука , которая меняется в зависимости от факторов окружающей среды, таких как температура и высота. Были проведены значительные исследования с такими устройствами, в том числе в области бесконтактной химии [22] [23] и левитации мелких животных. [24] Некоторые из них также были объединены для создания непрерывного плоскостного движения путем уменьшения интенсивности звука от одного источника при одновременном увеличении интенсивности звука от соседнего источника, что позволяло частице двигаться «вниз по склону» в поле акустического потенциала. [7]

Акустический левитатор TinyLev, включая электронику и схему поля пикового давления.

Новое поколение акустических левитаторов, использующих большое количество небольших отдельных пьезоэлектрических преобразователей, в последнее время стало более распространенным. [25] Первым из этих левитаторов был одноосный левитатор стоячей волны под названием TinyLev. [12] [11] Ключевыми отличиями от рога Ланжевена были использование источников как сверху, так и снизу (а не источника и отражателя) и использование большого количества небольших преобразователей с параллельным возбуждением, а не одного пьезоэлектрического элемента. Использование двух противоположных бегущих волн, в отличие от одного источника и отражателя, означало, что левитация все еще была возможна, даже когда расстояние между верхом и низом не было точным кратным длины волны. Это привело к более надежной системе, которая не требовала никакой настройки перед работой. Использование нескольких небольших источников изначально было разработано как мера экономии средств, но также открыло дверь для левитации с фазированной решеткой, обсуждаемой ниже. Использование 3D-печатных компонентов для рамы, которая позиционирует и фокусирует преобразователи, и Arduinos в качестве генераторов сигналов также значительно снизило стоимость, одновременно повысив доступность, [26] Снижение стоимости было особенно важным, поскольку главной целью этого устройства была демократизация технологии. [27]

Этот новый подход также привел к значительным разработкам с использованием ультразвуковых преобразователей с фазированной решеткой [9] [8] (часто называемых PAT) для левитации. Ультразвуковые преобразователи с фазированной решеткой представляют собой набор ультразвуковых динамиков, которые управляются для создания единого желаемого звукового поля. Это достигается путем управления относительной фазой (т. е. временем задержки) между каждым выходом, а иногда и относительными величинами выходного сигнала. В отличие от своих аналогов в области неразрушающего контроля или визуализации , эти массивы будут использовать непрерывный выход, а не короткие всплески энергии. Это позволило осуществить одностороннюю левитацию [9] , а также манипулировать большим количеством частиц одновременно. [8]

Другой подход, популярность которого растет, — это использование 3D-печатных компонентов для применения фазовых задержек, необходимых для левитации, создавая эффект, аналогичный PAT, но с тем преимуществом, что они могут иметь более высокое пространственное разрешение, чем фазированная решетка, что позволяет формировать более сложные поля. [28] Иногда их называют акустическими голограммами, [29] метаповерхностями, [30] линиями задержки [31] или метаматериалами. [32] [33] Различия в терминах в первую очередь основаны на области, из которой возникла техника проектирования, но основная идея, лежащая в основе всех техник, по сути одна и та же. Их также можно использовать в сочетании с PAT для получения динамической реконфигурируемости и более высокого разрешения звукового поля. [28] Другим преимуществом является снижение стоимости, ярким примером чего является недорогой ультразвуковой тяговый луч [34], для которого была создана инструкция. [35]

Хотя было разработано много новых методов манипуляции, рога Ланжевена по-прежнему используются в исследованиях. Они часто используются для исследования динамики левитирующих объектов из-за простоты их геометрии и последующей легкости моделирования [36] и контроля экспериментальных факторов. [37]

Теоретический

Лорд Рэлей разработал теории о силе давления, связанной со звуковыми волнами, в начале 1900-х годов, [38] [39] однако эта работа была в первую очередь основана на теоретических силах и энергии, содержащихся в звуковой волне. Первый анализ частиц был проведен Л. В. Кингом в 1934 году, который рассчитал силу, действующую на несжимаемые частицы в акустическом поле. [40] За этим последовали Йосиока и Кависама, которые рассчитали силы, действующие на сжимаемые частицы в плоских акустических волнах. [41] За этим последовала работа Льва П. Горькова, который обобщил поле в потенциал Горькова, [42] математическую основу для акустической левитации, которая до сих пор широко используется.

Потенциал Горькова ограничен его предположениями для сфер с радиусом, значительно меньшим длины волны, [43] типичным пределом считается одна десятая длины волны. [44] [45] Дополнительные аналитические решения доступны для простых геометрий, однако, чтобы распространить их на более крупные или несферические объекты, обычно используют численные методы, в частности, метод конечных элементов [46] [36] или метод граничных элементов . [47] [48] [49] Радиационное давление звука также можно контролировать с помощью субволнового моделирования поверхности объекта. [50]

Виды левитации

Акустическую левитацию можно условно разделить на пять различных категорий: [1]

  1. Левитация стоячей волны: частицы захватываются в узлах стоячей волны , образованной либо источником звука и отражателем (в случае рога Ланжевена), либо двумя наборами источников (в случае TinyLev). Это основано на том, что частицы малы относительно длины волны, как правило, в районе 10% или меньше, а максимальный левитирующий вес обычно составляет порядка нескольких миллиграммов. [1] Также стоит отметить, что если частица слишком мала относительно длины волны, то она будет вести себя по-другому и перемещаться к пучностям. [51] Обычно эти левитаторы являются одноосными, что означает, что все частицы захватываются вдоль одной центральной оси левитатора. Однако с использованием PAT они также могут быть динамическими. Это самый сильный метод левитации на расстоянии, большем, чем длина волны, из-за конструктивной интерференции двух бегущих волн, которые ее формируют. Силы левитации одиночного луча на расстоянии в 30 раз слабее, чем простая стоячая волна. [52]
    Однолучевой акустический левитатор, использующий вихревую ловушку для левитации частицы вспененного полистирола размером примерно в два раза больше длины волны. Вихри быстро меняются по направлению, чтобы избежать вращения частицы до точки нестабильности. [53] Здесь используются 450 преобразователей на 40 кГц.
  2. Акустическая левитация в дальнем поле: объекты, превышающие длину волны, левитируют, создавая поле, которое подгоняется под размер и форму левитируемого объекта. Это позволяет левитировать объекты, превышающие длину волны, на расстояниях, превышающих длину волны от источника. Однако объект не должен иметь высокую плотность. В ранних подходах это была простая вертикальная стоячая волна для дисков [20] или трехпреобразовательная система для стабилизации сферы. [54] Однако в последних разработках использовались PAT и метод граничных элементов для левитации гораздо более крупных объектов на гораздо больших расстояниях. Самым тяжелым объектом, поднятым с помощью этой техники, является сфера из вспененного полистирола диаметром 30 мм и массой 0,6 г. [48] Октаэдр из вспененного полистирола с диагональной длиной 50 мм и массой 0,5 г является самым большим объектом, когда-либо акустически левитированным с помощью этой техники с использованием PAT выше и ниже объекта. [48]
  3. Левитация одиночного луча: левитация объектов на расстоянии, превышающем одну длину волны от источников, с доступом только с одной стороны. В этом случае ловушка должна быть специально спроектирована и обычно принимает форму двойной ловушки или вихревой ловушки, хотя возможен и третий тип ловушки, называемый бутылочной ловушкой. Двойная ловушка — самая простая из этих возможностей, которая образует два «пинцета» высокого давления по обе стороны от частицы. [9] Если используется геометрическая фокусировка, то это можно использовать для построения тягового луча из общедоступных деталей. [31] [35] Вихревая ловушка создает «дыру» низкого давления в центре. Для нее требуется более сложное фазовое поле, но, в отличие от двойной ловушки, ее можно использовать для подъема объектов, превышающих длину волны. [53] В 2019 году самый большой объект, когда-либо поднятый тяговым лучом, был сделан в Бристольском университете и показан в «The Edge of Science», [55] производстве BBC Earth для YouTube Originals ведущим Риком Эдвардсом . Это был шарик из вспененного полистирола диаметром 19,53 мм.
  4. Левитация в ближнем поле: большой плоский объект помещается очень близко к поверхности преобразователя и действует как отражатель, позволяя ему левитировать на очень тонкой пленке воздуха. Эта техника способна поднять несколько килограммов, но не может подняться выше сотен микрометров над поверхностью. [56] Таким образом, в человеческом масштабе это выглядит скорее как огромное снижение трения, а не как левитация.
  5. Инвертированная акустическая левитация в ближнем поле: при определенных условиях отталкивающая сила, которая производит левитацию в ближнем поле, инвертируется и становится силой притяжения. В этом случае преобразователь может быть направлен вниз, и установка будет левитировать объект будет левитировать под ним. Объект будет левитировать на расстоянии десятков микрометров, и объекты в миллиграммовом масштабе были левитированы. Текущие исследования показывают, что это происходит, когда эквивалентный радиус диска составляет менее 38% от длины волны [46]

Эти широкие классификации являются единственным способом сортировки типов левитации, но они не являются окончательными. Дальнейшая работа ведется по объединению методов для получения больших возможностей, таких как стабильная левитация неосесимметричных объектов путем объединения стоячей волны левитации с двойной ловушкой (обычно это метод левитации с одним лучом). [52] Также проводится значительная работа по объединению этих методов с 3D-печатными компонентами сдвига фазы для таких преимуществ, как пассивное формирование поля [29] [31] [32] или более высокое пространственное разрешение. [29] [28] Также существуют значительные различия в методах управления. Хотя PAT распространены, также было показано, что пластины Хладни могут использоваться в качестве одного источника стоячей волны для управления левитирующими объектами путем изменения частоты. [57]

Приложения

Основными сферами применения акустической левитации, скорее всего, станут научные и промышленные области.

Выбор акустически левитирующих объектов в TinyLev, включая твердые тела, жидкости, муравья и электрический компонент. Все в диапазоне размеров от 2 мм до 6 мм. [12]
(Слева) Изображения акустически левитирующих капель во время испарения жидкости и образования частиц. (Справа) Рентгеновская микротомография дает представление о конечной трехмерной структуре частицы. [58]

Акустическая левитация обеспечивает среду без контейнера для экспериментов по сушке капель для изучения испарения жидкости и образования частиц. [59] [60] Бесконтактное манипулирование каплями также привлекло значительный интерес, поскольку оно обещает мелкомасштабную бесконтактную химию. [21] Особый интерес представляет смешивание нескольких капель с использованием PAT, чтобы химические реакции можно было изучать изолированно от контейнеров. [61] [10] Также интерес представляет использование небольшой левитирующей капли в качестве контейнера для кристаллов белка для экспериментов по рентгеновской дифракции для определения структуры кристалла с атомным разрешением при комнатной температуре и высокой пропускной способности. [62] [63]

Также изучалась левитация мелких живых существ, при этом жизнеспособность животных, которые обычно существуют в воздухе, не была затронута. [24] В будущем это можно будет использовать в качестве инструмента для изучения самих животных.

Ведутся активные исследования в области бесконтактной сборки. Была продемонстрирована левитация поверхностно монтируемых электрических компонентов [12] [46], а также микросборка с комбинацией акустических и магнитных полей. [64] Также существует коммерческий интерес к 3D-печати в левитирующем режиме, и Boeing подал заявку на патент на эту концепцию. [65]

Акустическая левитация также была предложена как метод создания объемного дисплея , при котором свет проецируется на частицу, которая движется по пути, создавая изображение быстрее, чем глаз может обработать. Это уже оказалось возможным [66] и было объединено с аудио- и тактильной обратной связью из того же PAT. [67]

Акустофоретический объемный дисплей, где небольшая частица вспененного полистирола быстро перемещается с проецируемым на нее светом, чтобы создать изображение «стоп-сигнала». Это составное изображение, снятое за 20 секунд. [68]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Andrade, Marco AB; Pérez, Nicolás; Adamowski, Julio C. (2018-04-01). «Обзор прогресса в акустической левитации». Бразильский журнал физики . 48 (2): 190–213. Bibcode : 2018BrJPh..48..190A. doi : 10.1007/s13538-017-0552-6. ISSN  1678-4448. S2CID  125461009.
  2. ^ Андраде, Марко АБ; Марзо, Асьер; Адамовски, Хулио К. (2020). «Акустическая левитация в воздухе: последние достижения, проблемы и будущие перспективы». Appl. Phys. Lett . 116 (25). AIP Publishing: 250501. Bibcode : 2020ApPhL.116y0501A. doi : 10.1063/5.0012660 . hdl : 2454/39386 . ISSN  0003-6951.
  3. ^ Ленсхоф, Андреас; Лорелл, Томас (2014), «Акустофорез», в Bhushan, Bharat (ред.), Энциклопедия нанотехнологий , Springer Netherlands, стр. 1–6, doi :10.1007/978-94-007-6178-0_423-2, ISBN 978-94-007-6178-0
  4. ^ "Ультразвуковая левитация". 2006-11-04. Архивировано из оригинала 2006-11-04 . Получено 2020-04-22 .
  5. ^ WANG, T.; SAFFREN, M.; ELLEMAN, D. (1974-01-30). "Акустическая камера для невесомого позиционирования". 12-я конференция по аэрокосмическим наукам . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. doi :10.2514/6.1974-155.
  6. ^ Ким, Мири (15 июля 2013 г.). «Звуковые волны можно использовать для левитации и перемещения объектов, говорится в исследовании». The Washington Post .
  7. ^ abc Foresti, Daniele; Nabavi, Majid; Klingauf, Mirko; Ferrari, Aldo; Poulikakos, Dimos (2013-07-30). "Акустофоретический бесконтактный транспорт и обработка вещества в воздухе". Труды Национальной академии наук . 110 (31): 12549–12554. Bibcode : 2013PNAS..11012549F. doi : 10.1073/pnas.1301860110 . ISSN  0027-8424. PMC 3732964. PMID 23858454  . 
  8. ^ abc Marzo, Asier; Drinkwater, Bruce W. (2019-01-02). «Голографические акустические пинцеты». Труды Национальной академии наук . 116 (1): 84–89. Bibcode : 2019PNAS..116...84M. doi : 10.1073/pnas.1813047115 . ISSN  0027-8424. PMC 6320506. PMID 30559177  . 
  9. ^ abcd Marzo, Asier; Seah, Sue Ann; Drinkwater, Bruce W.; Sahoo, Deepak Ranjan; Long, Benjamin; Subramanian, Sriram (2015-10-27). "Голографические акустические элементы для манипулирования левитирующими объектами". Nature Communications . 6 (1): 8661. Bibcode :2015NatCo...6.8661M. doi :10.1038/ncomms9661. ISSN  2041-1723. PMC 4627579 . PMID  26505138. 
  10. ^ ab Andrade, Marco AB; Camargo, Thales SA; Marzo, Asier (2018-12-01). "Автоматическая бесконтактная инъекция, транспортировка, слияние и выброс капель с помощью многофокусного точечного акустического левитатора". Review of Scientific Instruments . 89 (12): 125105. Bibcode : 2018RScI...89l5105A. doi : 10.1063/1.5063715. hdl : 2454/33737 . ISSN  0034-6748. PMID  30599572. S2CID  58578863.
  11. ^ ab "Акустический левитатор: 25 шагов (с картинками)". 2018-01-01. Архивировано из оригинала 2018-01-01 . Получено 2020-04-22 .
  12. ^ abcd Marzo, Asier; Barnes, Adrian; Drinkwater, Bruce W. (2017-08-01). "TinyLev: многоизлучающий одноосный акустический левитатор". Review of Scientific Instruments . 88 (8): 085105. Bibcode : 2017RScI...88h5105M. doi : 10.1063/1.4989995 . hdl : 1983/0a2d97bb-f39c-482c-943b-6745a0ebc453 . ISSN  0034-6748. PMID  28863691.
  13. ^ Бюкс, Карл; Мюллер, Ганс (январь 1933 г.). «Über einige Beobachtungen an schwingenden Piezoquarzen und ihrem Schallfeld». Zeitschrift für Physik . 84 (1–2): 75–86. Бибкод : 1933ZPhy...84...75B. дои : 10.1007/bf01330275. ISSN  1434-6001. S2CID  120868972.
  14. ^ ab Clair, Hillary W. St. (ноябрь 1949 г.). «Агломерация частиц дыма, тумана или пыли звуковыми волнами». Industrial & Engineering Chemistry . 41 (11): 2434–2438. doi :10.1021/ie50479a022. ISSN  0019-7866.
  15. ^ "Архивы Запада: документы Хиллари У. Сент-Клер, 1896-1997". archiveswest.orbiscascade.org . Получено 06.04.2020 .
  16. ^ Сент-Клер, Хиллари У. (май 1941 г.). «Электромагнитный звуковой генератор для получения интенсивного высокочастотного звука». Обзор научных приборов . 12 (5): 250–256. Bibcode : 1941RScI...12..250S. doi : 10.1063/1.1769874. ISSN  0034-6748.
  17. ^ Wang, TG; Trinh, EH; Croonquist, AP; Elleman, DD (1986-02-03). «Формы вращающихся свободных капель: экспериментальные результаты Spacelab». Physical Review Letters . 56 (5): 452–455. Bibcode : 1986PhRvL..56..452W. doi : 10.1103/PhysRevLett.56.452. ISSN  0031-9007. PMID  10033196.
  18. ^ Ван, TG; Анилкумар, AV; Ли, CP; Лин, KC (1994-10-10). «Бифуркация вращающихся капель жидкости: результаты экспериментов USML-1 в космосе». Журнал механики жидкости . 276 : 389–403. Bibcode : 1994JFM...276..389W. doi : 10.1017/S0022112094002612. hdl : 2060/19950007805 . ISSN  0022-1120. S2CID  123017388.
  19. ^ "Wang". www.astronautix.com . Архивировано из оригинала 28 декабря 2016 г. Получено 2020-04-22 .
  20. ^ ab Whymark, RR (1 ноября 1975 г.). «Позиционирование акустического поля для обработки без контейнеров». Ultrasonics . 13 (6): 251–261. doi :10.1016/0041-624X(75)90072-4. ISSN  0041-624X.
  21. ^ ab Моррис, Роберт Х.; Дай, Элизабет Р.; Докер, Питер; Ньютон, Майкл И. (2019-10-02). "За пределами рога Ланжевена: массивы преобразователей для акустической левитации жидких капель" (PDF) . Физика жидкостей . 31 (10): 101301. Bibcode :2019PhFl...31j1301M. doi :10.1063/1.5117335. ISSN  1070-6631. S2CID  209990197.
  22. ^ Trinh, EH (1985-11-01). «Компактное акустическое левитационное устройство для исследований в области гидродинамики и материаловедения в лабораторных условиях и микрогравитации». Review of Scientific Instruments . 56 (11): 2059–2065. Bibcode : 1985RScI...56.2059T. doi : 10.1063/1.1138419. ISSN  0034-6748.
  23. ^ Yarin, AL; Pfaffenlehner, M.; Tropea, C. (февраль 1998 г.). «Об акустической левитации капель». Journal of Fluid Mechanics . 356 (1): 65–91. Bibcode : 1998JFM...356...65Y. doi : 10.1017/S0022112097007829. ISSN  1469-7645. S2CID  123666920.
  24. ^ ab Xie, WJ; Cao, CD; Lü, YJ; Hong, ZY; Wei, B. (2006-11-20). "Акустический метод левитации мелких живых животных". Applied Physics Letters . 89 (21): 214102. Bibcode : 2006ApPhL..89u4102X. doi : 10.1063/1.2396893. ISSN  0003-6951.
  25. ^ Пуранен Т., Хеландер П., Мериляйнен А., Макони Г., Пенттиля А., Грицевич М., Кассамаков И., Салми А., Муйнонен К., Хэггстрем Э. Многочастотная акустическая левитация. Международный симпозиум по ультразвуку IEEE (IUS), 2019 г., DOI: 10.1109/ULTSYM.2019.8926200 https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8926200
  26. ^ "Акустический левитатор". www.instructables.com . Получено 2020-04-06 .
  27. ^ Cowern, Dianna (2020-04-23). ​​«Я построил акустический ЛЕВИТАТОР! Заставляю жидкость парить в воздухе». Youtube . Получено 23 апреля 2020 г.
  28. ^ abc "Soundbender" (PDF) . UIST '18: Труды 31-го ежегодного симпозиума ACM по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса . Октябрь 2018 г. С. 247–259. doi : 10.1145/3242587.3242590 .
  29. ^ abc Melde, Kai; Mark, Andrew G.; Qiu, Tian; Fischer, Peer (сентябрь 2016 г.). «Голограммы для акустики». Nature . 537 (7621): 518–522. Bibcode :2016Natur.537..518M. doi :10.1038/nature19755. ISSN  1476-4687. PMID  27652563. S2CID  4403584.
  30. ^ Tian, ​​Zhenhua; Shen, Chen; Li, Junfei; Reit, Eric; Gu, Yuyang; Fu, Hai; Cummer, Steven A.; Huang, Tony Jun (март 2019 г.). "Программируемые акустические метаповерхности". Advanced Functional Materials . 29 (13): 1808489. doi :10.1002/adfm.201808489. ISSN  1616-301X. PMC 6527353 . PMID  31123431. 
  31. ^ abc Marzo, A.; Ghobrial, A.; Cox, L.; Caleap, M.; Croxford, A.; Drinkwater, BW (2017-01-02). "Реализация компактных тяговых пучков с использованием акустических линий задержки". Applied Physics Letters . 110 (1): 014102. Bibcode : 2017ApPhL.110a4102M. doi : 10.1063/1.4972407 . hdl : 1983/d0bdf9dd-cd7d-4302-9742-87bcb0d82006 . ISSN  0003-6951.
  32. ^ ab Полихронопулос, Спирос; Мемоли, Джанлука (декабрь 2020 г.). «Акустическая левитация с оптимизированными отражающими метаматериалами». Scientific Reports . 10 (1): 4254. Bibcode :2020NatSR..10.4254P. doi :10.1038/s41598-020-60978-4. ISSN  2045-2322. PMC 7060201 . PMID  32144310. 
  33. ^ Norasikin, Mohd Adili; Martinez Plasencia, Diego; Polychronopoulos, Spyros; Memoli, Gianluca; Tokuda, Yutaka; Subramanian, Sriram (2018). "SoundBender". Труды 31-го ежегодного симпозиума ACM по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса (PDF) . Uist '18. Берлин, Германия: ACM Press. стр. 247–259. doi :10.1145/3242587.3242590. ISBN 978-1-4503-5948-1. S2CID  52982064.
  34. ^ "Изобретен звуковой тяговый луч (с видео)". phys.org . Получено 2020-04-22 .
  35. ^ ab "Акустический тяговый луч". www.instructables.com . Получено 22.04.2020 .
  36. ^ ab Andrade, Marco AB; Marzo, Asier (2019-11-01). "Численное и экспериментальное исследование устойчивости капли в одноосном акустическом левитаторе". Physics of Fluids . 31 (11): 117101. Bibcode :2019PhFl...31k7101A. doi :10.1063/1.5121728. hdl : 2454/37009 . ISSN  1070-6631. S2CID  209926238.
  37. ^ Андраде, Марко АБ; Полихронопулос, Спирос; Мемоли, Джанлука; Марзо, Асьер (2019-03-01). "Экспериментальное исследование неустойчивости колебаний частиц в одноосном акустическом левитаторе". AIP Advances . 9 (3): 035020. Bibcode :2019AIPA....9c5020A. doi : 10.1063/1.5078948 . hdl : 2454/35368 .
  38. ↑ Рэлей, Лорд (март 1902 г.). «XXXIV. О давлении вибраций». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 3 (15): 338–346. doi :10.1080/14786440209462769. ISSN  1941-5982.
  39. ↑ Рэлей, Лорд (сентябрь 1905 г.). «XLII. Об импульсе и давлении газообразных колебаний и о связи с теоремой вириала». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 10 (57): 364–374. doi :10.1080/14786440509463381. ISSN  1941-5982.
  40. ^ Кинг, Луи В. (1934-11-15). «О давлении акустического излучения на сферы». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки . 147 (861): 212–240. Bibcode : 1934RSPSA.147..212K. doi : 10.1098/rspa.1934.0215 . ISSN  0080-4630.
  41. ^ Раджаби, Маджид; Бехзад, Мехди (2014-03-01). «Вызванное точечным источником акустическое излучение цилиндрических оболочек: резонанс и фоновые поля». Acta Acustica United with Acustica . 100 (2): 215–225. doi :10.3813/aaa.918701. ISSN  1610-1928.
  42. ^ "Советская физика — Доклады". Physics Today . 14 (5): 47. Май 1961. doi :10.1063/1.3057553. ISSN  0031-9228.
  43. ^ Bruus, Henrik (2012). «Акустофлюидика 7: Сила акустического излучения на малых частицах». Lab on a Chip . 12 (6): 1014–21. doi :10.1039/c2lc21068a. ISSN  1473-0197. PMID  22349937.
  44. ^ Maconi G., Helander P., Gritsevich M., Salmi A., Penttilä A., Kassamakov I., Hæggström E., Muinonen K. 4π Scatterometer: новый метод понимания общих и полных рассеивающих свойств дисперсных сред. Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения 2020, т. 246, 106910, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.106910
  45. ^ Андраде, Марко АБ; Адамовски, Хулио К. (сентябрь 2016 г.). «Сила акустического излучения на сфере в устройстве акустической левитации». 2016 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS) . стр. 1–4. doi :10.1109/ULTSYM.2016.7728864. ISBN 978-1-4673-9897-8. S2CID  41284471.
  46. ^ abc Andrade, Marco AB; Ramos, Tiago S.; Adamowski, Julio C.; Marzo, Asier (2020-02-03). «Бесконтактный захват и перемещение миллиметровых объектов с использованием инвертированной акустической левитации в ближнем поле». Applied Physics Letters . 116 (5): 054104. Bibcode : 2020ApPhL.116e4104A. doi : 10.1063/1.5138598. hdl : 2454/36988 . ISSN  0003-6951. S2CID  212756370.
  47. ^ Хеландер П., Пуранен Т., Мериляйнен А., Макони Г., Пенттиля А., Грицевич М., Кассамаков И., Салми А., Муйнонен К., Хаггстрем Э. Всенаправленная микроскопия с помощью ультразвукового контроля проб. Письма по прикладной физике 2020, т. 116, 194101, https://doi.org/10.1063/5.0002602
  48. ^ abc Иноуэ, Секи; Могами, Шиничи; Ичияма, Томохиро; Нода, Акихито; Макино, Ясутоши; Шинода, Хироюки (2019-01-01). «Акустическая граничная голограмма для макроскопической левитации твердого тела». Журнал Акустического общества Америки . 145 (1): 328–337. arXiv : 1708.05988 . Bibcode : 2019ASAJ..145..328I. doi : 10.1121/1.5087130 . ISSN  0001-4966. PMID  30710964.
  49. ^ Хеландер, Петтери; Хаггстрем, Эдвард; Пуранен, Туомас; Мерилайнен, Антти; Макони, Горан; Пенттила, Антти; Грицевич, Мария; Кассамаков Иван; Салми, Ари; Муйнонен, Карри (октябрь 2019 г.). «Моделирование захвата акустической ориентации для устойчивой левитации». Международный симпозиум по ультразвуку (IUS) IEEE 2019 . Глазго, Великобритания: IEEE. стр. 650–653. дои : 10.1109/ULTSYM.2019.8925843. hdl : 10138/322114 . ISBN 978-1-7281-4596-9. S2CID  209322164.
  50. ^ Stein, M., Keller, S., Luo, Y., Ilic, O. (2022). «Формирование бесконтактных радиационных сил посредством аномального акустического рассеяния». Nature Communications . 13 (1): 6533. arXiv : 2204.04137 . Bibcode :2022NatCo..13.6533S. doi :10.1038/s41467-022-34207-7. ISSN  2041-1723. PMC 9626492 . PMID  36319654. 
  51. ^ Хабиби, Рухолла; Девендран, Читсабехсан; Нилд, Адриан (2017). «Захват и формирование паттернов крупных частиц и клеток в одномерной ультразвуковой стоячей волне». Lab on a Chip . 17 (19): 3279–3290. doi :10.1039/C7LC00640C. ISSN  1473-0197. PMID  28840206.
  52. ^ ab Cox, L.; Croxford, A.; Drinkwater, BW; Marzo, A. (2018-07-30). "Акустический замок: захват положения и ориентации несферических субволновых частиц в воздухе с использованием одноосного акустического левитатора". Applied Physics Letters . 113 (5): 054101. Bibcode : 2018ApPhL.113e4101C. doi : 10.1063/1.5042518. hdl : 1983/a18b40a6-d392-4e69-847c-26bfea65f352 . ISSN  0003-6951. S2CID  126387250.
  53. ^ ab Marzo, Asier; Caleap, Mihai; Drinkwater, Bruce W. (2018-01-22). "Акустические виртуальные вихри с настраиваемым орбитальным угловым моментом для захвата частиц Ми". Physical Review Letters . 120 (4): 044301. Bibcode : 2018PhRvL.120d4301M. doi : 10.1103/PhysRevLett.120.044301 . hdl : 1983/681ab143-7d53-4642-a859-8f0364394174 . ISSN  0031-9007. PMID  29437423.
  54. ^ Андраде, Марко АБ; Бернассау, Энн Л.; Адамовски, Хулио К. (2016-07-25). «Акустическая левитация большой твердой сферы». Applied Physics Letters . 109 (4): 044101. Bibcode : 2016ApPhL.109d4101A. doi : 10.1063/1.4959862. ISSN  0003-6951.
  55. ^ BBC Earth (2019-12-10). "The Edge of Science". YouTube . Архивировано из оригинала 2021-12-19 . Получено 2020-04-23 .
  56. ^ Уэха, Садаюки; Хашимото, Ёсики; Коике, Ёсиказу (2000-03-01). «Бесконтактная транспортировка с использованием акустической левитации ближнего поля». Ультразвуковая техника . 38 (1): 26–32. doi :10.1016/S0041-624X(99)00052-9. ISSN  0041-624X. PMID  10829622.
  57. ^ Виджая, Харри; Латифи, Курош; Чжоу, Куан (апрель 2019 г.). «Двумерная манипуляция в воздухе с использованием акустического левитатора с одним преобразователем». Микромашины . 10 (4): 257. doi : 10.3390/mi10040257 . PMC 6523525. PMID  31003415 . 
  58. ^ Doerr, Frederik; Burns, Lee; Lee, Becky; Hinds, Jeremy; Davis-Harrison, Rebecca; Frank, Scott; Florence, Alastair (2020). «Выделение пептидов с помощью распылительной сушки: формирование частиц, разработка и внедрение процесса производства высушенного распылением глюкагона». Pharmaceutical Research . 37 (12): 255. doi : 10.1007/s11095-020-02942-5 . PMC 7736029. PMID  33319329 . 
  59. ^ Doerr, Frederik; Oswald, Iain; Florence, Alastair (2018). «Количественное исследование образования частиц модельной фармацевтической рецептуры с использованием экспериментов по испарению отдельных капель и рентгеновской томографии». Advanced Powder Technology . 29 (12): 2996–3006. doi :10.1016/j.apt.2018.09.027. S2CID  139988412.
  60. ^ Ленивец, Якоб; Киил, Сорен; Дженсен, Анкер; Андерсен, Суне; Йоргенсен, Коре; Шифтер, Хайко; Ли, Джеффри (2006). «Модельный анализ высыхания одной капли раствора в ультразвуковом левитаторе». Химико-техническая наука . 61 (8): 2701–2709. Бибкод :2006ЧЭнС..61.2701С. doi :10.1016/j.ces.2005.11.051.
  61. ^ Ватанабэ, Аюму; Хасегава, Кодзи; Абэ, Ютака (декабрь 2018 г.). «Бесконтактное управление жидкостью в воздухе: коалесценция капель и активное смешивание с помощью акустической левитации». Scientific Reports . 8 (1): 10221. Bibcode :2018NatSR...810221W. doi :10.1038/s41598-018-28451-5. ISSN  2045-2322. PMC 6033947 . PMID  29977060. 
  62. ^ Цудзино, Соитиро; Томизаки, Такаши (2016-05-06). "Ультразвуковая акустическая левитация для быстрой рентгеновской кристаллографии белков при комнатной температуре". Scientific Reports . 6 (1): 25558. Bibcode :2016NatSR...625558T. doi :10.1038/srep25558. ISSN  2045-2322. PMC 4858681 . PMID  27150272. 
  63. ^ P, Aller; D, Axford; Pt, Docker; Er, Dye; Rh, Morris; Mi, Newton; Am, Orville (2018-05-13). «Разработки среды акустической левитации гелия для экспериментов с XFEL с временным разрешением». TechConnect Briefs . 1 (2018): 36–39.
  64. ^ Юссефи, Омид; Диллер, Эрик (апрель 2019 г.). «Бесконтактная роботизированная микроманипуляция в воздухе с использованием магнитоакустической системы». IEEE Robotics and Automation Letters . 4 (2): 1580–1586. doi :10.1109/LRA.2019.2896444. ISSN  2377-3766. S2CID  67872033.
  65. ^ [1], «Пространственная 3D-печать свободной формы с использованием левитации деталей», опубликовано 29 июля 2014 г. 
  66. ^ Фушими, Тацуки; Марзо, Асьер; Дринквотер, Брюс В.; Хилл, Томас Л. (2019-08-05). «Акустофоретические объемные дисплеи с использованием быстро движущейся левитирующей частицы» (PDF) . Applied Physics Letters . 115 (6): 064101. Bibcode :2019ApPhL.115f4101F. doi :10.1063/1.5113467. hdl : 2454/36412 . ISSN  0003-6951. S2CID  201271065.
  67. ^ Хираяма, Рюдзи; Мартинес Пласенсия, Диего; Масуда, Нобуюки; Субраманиан, Шрирам (ноябрь 2019 г.). «Объемный дисплей для визуальной, тактильной и звуковой презентации с использованием акустического захвата». Nature . 575 (7782): 320–323. Bibcode :2019Natur.575..320H. doi :10.1038/s41586-019-1739-5. ISSN  1476-4687. PMID  31723288. S2CID  207986492.
  68. ^ Фушими, Тацуки; Марзо, Асьер; Дринквотер, Брюс В.; Хилл, Томас Л. (2019-08-05). «Акустофоретические объемные дисплеи с использованием быстро движущейся левитирующей частицы» (PDF) . Applied Physics Letters . 115 (6): 064101. Bibcode :2019ApPhL.115f4101F. doi :10.1063/1.5113467. hdl : 2454/36412 . ISSN  0003-6951. S2CID  201271065.
  • Живая наука – Ученые поднимают в воздух мелких животных
  • Я построил акустический левитатор! Заставить жидкость парить в воздухе – Видео Physics Girl об акустической левитации
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Акустическая_левитация&oldid=1230009429"