Ini bukan hoverboard Mattel. Tetapi perangkat yang dibangun oleh tim di Spanyol dan Inggris dapat melayang dan memanipulasi benda-benda kecil di udara, dan mungkin dalam air dan jaringan manusia, menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi. Teknologi ini menjanjikan di berbagai bidang mulai dari kedokteran hingga eksplorasi ruang angkasa.
Konten terkait
- Kereta Melayang Memecahkan Rekor Kecepatan di Jepang
Para ilmuwan sudah tahu bahwa gelombang suara menciptakan kantong berosilasi dari udara bertekanan, yang dapat menghasilkan gaya pada benda yang mampu menangkal tarikan gravitasi. Tetapi sementara perangkat levitasi ultrasound memang ada, mereka semua bergantung pada gelombang berdiri, yang diciptakan ketika dua gelombang suara dari frekuensi yang sama dipancarkan dari arah yang berlawanan dan saling melapis satu sama lain. Itu berarti semua perangkat sebelumnya memerlukan dua set transduser.
"Semua levitator sebelumnya harus mengelilingi partikel dengan elemen akustik, yang rumit untuk beberapa jenis manipulasi, " kata pemimpin studi Asier Marzo di Public University of Navarre di Spanyol. “Teknik kami, bagaimanapun, hanya membutuhkan gelombang suara dari satu sisi. Itu seperti laser — Anda bisa melayang partikel, tetapi dengan satu sinar. ”
Untuk mengembangkan teknologi mereka, Marzo dan rekan-rekannya mengambil inspirasi dari hologram visual, di mana bidang cahaya diproyeksikan dari permukaan datar untuk menghasilkan serangkaian "pola interferensi" yang membentuk gambar 3D. Gelombang suara juga mampu membuat pola interferensi, sehingga prinsip yang sama dapat diterapkan.
"Pada dasarnya kami menyalin prinsip hologram cahaya untuk membuat hologram akustik ini, " kata Marzo, yang timnya menggambarkan pekerjaan mereka minggu ini di Nature Communications .
Marzo dan timnya mengatur 64 transduser kecil 16 volt dalam pola seperti grid. Setiap transduser dikalibrasi untuk memancarkan gelombang suara pada 40.000 Hertz, frekuensi yang jauh melebihi sensitivitas maksimum telinga manusia (20.000 Hz) tetapi dapat didengar oleh hewan lain seperti anjing, kucing, dan kelelawar.
Meskipun frekuensi dan kekuatan masing-masing transduser identik, para ilmuwan membuat algoritma yang memvariasikan puncak relatif dan palung masing-masing gelombang untuk menghasilkan pola interferensi dan membuat objek akustik.
Tantangannya adalah bahwa objek akustik ini tidak terdengar dan tidak terlihat oleh manusia, jadi tim harus mengembangkan berbagai simulasi untuk "melihat" suara. Dalam suatu pendekatan yang akan membuat synesthete bangga, Marzo menggunakan mikrofon untuk sampel gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh transduser dan kemudian memasukkan data melalui printer 3D, yang mereka gunakan untuk membuat visualisasi digital dari objek auditori.
Setelah menguji berbagai bentuk akustik, tim peneliti menemukan tiga yang paling efektif: perangkap kembar, yang menyerupai sepasang pinset; perangkap vortex, analog dengan tornado yang menggantungkan benda berputar di tengahnya; dan perangkap botol, yang mengangkat benda di ruang kosong di dalam botol.
Meskipun percobaan saat ini hanya mengangkat manik-manik Styrofoam kecil, Marzo percaya teknologi dapat ditingkatkan untuk berbagai objek dengan memanipulasi frekuensi gelombang suara, yang menentukan ukuran objek akustik, serta kekuatan keseluruhan sistem, yang memungkinkan pengangkatan benda yang lebih ringan atau lebih berat jarak jauh.
"Pengangkatan partikel oleh transduser satu sisi adalah hasil yang luar biasa yang membuka kemungkinan baru untuk teknologi levitasi akustik, " kata Marco Aurélio Brizzotti Andrade, asisten profesor fisika di Universitas São Paulo yang sebelumnya bekerja pada levitasi berbasis suara .
“Salah satu penerapan pengurangan adalah manipulasi in vivo — yang berarti melayang dan memanipulasi partikel di dalam tubuh, ” kata Marzo. “Dan partikel-partikel ini bisa berupa batu ginjal, gumpalan, tumor, dan bahkan kapsul untuk pemberian obat yang ditargetkan.” Ultrasonik levitasi tidak mengganggu pencitraan resonansi magnetik, sehingga dokter dapat langsung membayangkan tindakan selama manipulasi in vivo .
Dan ketika sampai pada pengaturan mikro ini dalam tubuh manusia, teknologi sinar satu sisi memiliki keunggulan luar biasa dibandingkan teknologi gelombang berdiri dua sisi. Sebagai permulaan, perangkat levitasi berdasarkan gelombang berdiri dapat secara tidak sengaja menjebak lebih banyak partikel daripada target yang dimaksudkan. "Namun, dengan levitators satu sisi, dan hanya ada satu titik perangkap, " katanya.
Marzo menunjukkan, bahwa ultrasound terbatas dalam kemampuan melayang objek yang lebih besar: "Untuk mengambil objek berukuran bola pantai akan membutuhkan 1.000 Hz. Tapi itu memasuki jangkauan suara, yang bisa mengganggu atau bahkan berbahaya bagi telinga manusia. "
Teknologi ini juga memiliki beberapa aplikasi yang menjanjikan di luar angkasa, di mana ia dapat menangguhkan benda-benda yang lebih besar dengan gravitasi yang lebih rendah dan mencegahnya melayang di sekitar yang tidak terkendali. Tapi Marzo menolak gagasan tentang traktor balok seperti Star Trek yang mampu memanipulasi manusia di Bumi.
Di bawah gravitasi normal, "kekuatan yang dibutuhkan untuk mengangkat manusia mungkin akan mematikan, " kata Marzo. "Jika Anda menggunakan kekuatan ultrasound terlalu banyak untuk cairan, Anda akan membuat microbubbles." Dengan kata lain, terlalu banyak kekuatan suara dapat membuat darah Anda mendidih.
Dalam studi masa depan, Marzo berharap untuk berkolaborasi dengan spesialis ultrasound untuk menyempurnakan teknologi untuk aplikasi medis dan lebih lanjut memperluas pendekatan ke objek ukuran yang berbeda.
"Itu hal yang menyenangkan tentang suara, " katanya. "Anda memiliki berbagai frekuensi yang dapat Anda manfaatkan untuk berbagai aplikasi."
