Mokslo ir technologijų pasaulis

Apie lengvų objektų (vandens lašų, nedidelių plastikinių rutuliukų) akustinės levitacijos principus mokslininkams žinoma jau senokai: įdėjus objektą į sistemą tarp dviejų garsiakalbių masyvų arba garsiakalbio ir reflektoriaus į tarpe esantį objektą galima nukreipti tikslų, aukštos energijos ultragarsą, kuris tą objektą „pakabina“ ore. Tačiau Ispanijos mokslininkai sugalvojo, kaip tą galima padaryti vos su vienu garsiakalbių masyvu – jų išradimas prilyginamas garsinėms replėms, laikančioms objektą tik iš vienos pusės, o ne iš dviejų, rašo popularmechanics.com.

Mokslininkų grupė, vadovaujama Navaros viešojo universiteto (Ispanija) programinės įrangos inžinieriaus Asiero Marzo, sukūrė veikiantį garsinį pritraukiantį spindulį. Šiuo spinduliu įmanoma laikyti, judinti ir sukioti nedidelius objektus, tam naudojant vieną garsiakalbių rinkinį.

Žmogaus ausis šių garsiakalbių veikimo negirdi. Kaip skelbiama žurnale „Nature Communications“, išradimą galima būtų panaudoti kuriant apčiuopiamas trimates hologramas iš mažų dalelių arba jį galima būtų pritaikyti medicininėms reikmėms – pavyzdžiui, chirurginėms operacijoms be pjūvio.

Išradimo autorių grupei nepriklausantis Vašingtono valstijos universiteto (JAV) akustikos fizikas Philipas Marstonas sakė: „Jau gana ilgą laiką buvo siekiama kažką panašaus padaryti optiniais lazerio spinduliais, bet štai šie mokslininkai rado santykinai nebrangų būdą tą patį darbą atlikti akustinėmis bangomis“.

Tai kaip gi įmanoma vienpusį garsiakalbių rinkinį paversti kažkuo panašiu į pritraukiantį spindulį (angl. tractor beam)? Norint įsivaizduoti, kaip veikia A. Marzo garsiakalbiai, būtų patogu įsivaizduoti technologiją kaip hologramą. A. Marzo aiškina, kad garso bangų skleidimą valdanti programinė įranga gali apskaičiuoti ir koreguoti kampus, kuriais garsas sklinda iš kiekvieno garsiakalbio, o ultragarso bangų kryptis tiksliai suderinus laike galima sukurti labai sudėtingas ir nuostabiai atrodančias triukšmo interferencijos konfigūracijas.

Iš esmės programinės įrangos valdomi garsiakalbiai ore paišo į hologramas panašias trimates figūras. Pavyzdžiui, A. Marzo garsiakalbiai gali „nupiešti“ tokį trimatį garsą, kuris vizualiai atrodytų kaip butelis. Cilindrinio „butelio“ sienelės, dugnas ir dangtis būtų tos vietos, kur oras smarkiai vibruoja ir rezonuoja ultragarso dažniu. Butelio viduje ir išorėje oras yra daugiau ar mažiau ramus.

Ir viso šio levituojančių objektų valdymo esmė yra tokia, kad objektai yra linkę trauktis iš stipriai rezonuojančio oro srities į ramesnę, todėl, pavyzdžiui, plastikinis rutuliukas patenka į butelio vidų ir ten būna laikomas. Koreguojant garso bangų kryptį ir keičiant erdvinę garsinio „butelio“ poziciją, mokslininkai tuo pačiu judina ir jo viduje esantį rutuliuką.

Sistemos pritraukiančio spindulio veikimą iliustruoja plastikinio rutuliuko patalpinimas 20 cm atstumu nuo garsiakalbių ir pritraukimas arčiau jų netgi tada, kai pritraukimą tenka atlikti priešinantis gravitacijai.

Be garsinio „butelio“, A. Marzo eksperimentavo ir su dar dviem naudingomis garso formomis. Viena jų šiek tiek primena dvi knygų lentynos atramas, kurios kartu veikia kaip replės. Tokia garso forma yra tinkama objekto sukiojimui bet kokiu kampu. O taip pat A. Marzo nustatė, kad gali sukurti kažką panašaus į garso uraganą ir įsukti plastikinį rutuliuką iki milžiniško 2000 apsisukimų per minutę greičio.

„Aš asmeniškai manau, kad toks garsas galėtų būti panaudojamas kaipo centrifuga. Galite įsivaizduoti gyvos ląstelės sukimą siekiant ją išskaidyti į atskirus komponentus“, – sakė mokslininkas.

Šiuo metu A. Marzio sistema yra eksperimentinė ir jos manipuliavimo galimybės yra gana ribotos – tą iš esmės įmanoma padaryti tik su plastikiniais objektais, kurių skersmuo yra apie 1 milimetrą. Padidinus garsiakalbių miniatiūrinių keitiklių galią būtų įmanoma manipuliuoti net ir metalų tankio objektais. Tačiau, A. Marzo manymu, galimai daugiau naudos tokia sistema duotų dirbant milimetriniu mastu.

„Tai nėra koks nors keistas jokios naudos neteikiantis bandymas realizuoti tokią mokslinės fantastikos koncepciją, kaip pritraukiantis spindulys. Mūsų nedomina galimybės panašią technologiją pritaikyti didelių objektų – namų ar automobilių – manipuliavimui. Tiesą sakant, ši technologija yra paprastesnė, kur kas įdomesnį ir labiau pritaikoma mažesniais mastais“, – aiškino mokslininkas.

Kalbėdamas apie garsinių replių pritaikymo medicinoje galimybes, A. Marzo sakė: „Žavinga galvoti apie garsą kaip priemonę vykdyti manipuliacijas žmogaus organizmo viduje be jokios chirurginės intervencijos“.

Jo teigimu, ateityje ultragarsinio pagrindo manipuliacijos nedideliais kraujo krešuliais, inkstų akmenimis ir augliais gali tapti kažkuo panašiu į dabartinius ultragarsinius tyrimo metodus. Tiesa, P. Marstonas įspėjo, kad prieš artinantis prie žmogaus kūno mokslininkams tektų išmokti formuoti garso figūras ne tik ore, bet ir kitose terpėse – pavyzdžiui, vandenyje.

Ir nors kol kas tai dar nėra medicininėms reikmėms tinkamas metodas, jau dabar jį galima panaudoti meniniais ir technologiniais sumetimais: panaudojus didesnę galingų garsiakalbių sistemą ir daugybę plastikinių rutuliukų būtų galima sukurti sudėtingus kompiuterio sugeneruotus trimačius garso piešinius. Arba netgi trimačius ekranus, kurie būtų interaktyvūs.