Акустический левитатор научили собирать и клеить сложные структуры в воздухе

Инженеры из Испании, Великобритании и Бразилии создали систему сборки небольших конструкций в воздухе. Они закрепили акустический левитатор на роборуке и научили ее точно перемещать объекты в пространстве, например, детали и клей, необходимый для их скрепления. Разработка будет представлена на конференции SIGGRAPH 2022, препринт статьи доступен на сайте Наваррского государственного университета.

Акустическая левитация позволяет удерживать небольшие и легкие предметы в воздухе, не касаясь их. Для этого используют массивы из десятков ультразвуковых излучателей, как правило, расположенных друг напротив друга. Принцип действия акустической левитации основан на том, что акустические волны от излучателей взаимодействуют друг с другом и формируют стоячую волну, которая создает в воздухе стабильные области с измененным давлением: большим или меньшим, чем окружающее давление. Это позволяет захватывать в областях с пониженным давлением небольшие и легкие предметы. Управляя параметрами работы излучателей можно менять конфигурацию акустического поля и подбирать такие, при которых можно удержать даже несколько предметов.

Часто практические работы в области акустической левитации концентрируются на развлекательных применениях. Например, мы рассказывали об игровом аппарате и дисплее, созданных на основе этого эффекта. Также в 2017 году был разработан прототип паяльного аппарата, который перемещал детали по плате с помощью акустической левитации и припаивал их лазером.

Теперь инженеры под руководством Асьера Марзо (Asier Marzo) из Наваррского государственного университета разработали систему, позволяющую собирать в воздухе многокомпонентные конструкции.

Как и в аналогичных работах, центральная часть этой системы — два массива ультразвуковых излучателей, расположенных напротив друг друга. Также инженеры собрали вариант в виде куба, в котором массивы излучателей расположены на четырех сторонах. Разработчики подобрали такую конфигурацию поля, при которой в его центре есть две расположенные рядом точки с пониженным давлением — это позволяет захватывать и перемещать вытянутые объекты, например, деревянную палочку. Эксперименты показали, что левитатор может удерживать в воздухе палочки длиной до восьми сантиметров.

Инженеры решили дополнить левитатор, который может двигать и поворачивать объекты, роботизированным манипулятором, который значительно расширяет эти возможности. С помощью этой системы они научились создавать сложные конструкции. Правда, стоит отметить, что для этого использовались подставки, удерживаемые без участия манипулятора. Например, они создали мост между двумя подставками, состоящий из 15 деревянных палочек. Аппарат по очереди перемещал каждую палочку на нужное место, а также подносил на их концы каплю клея, которая позволяла удерживать их вместе. Чтобы клей быстро застыл его облучали ультрафиолетовым излучением.

Также авторы показали подобие 3D-печати. Манипулятор перемещал капли клея одну на другую, затем затвердевал их ультрафилотетовым излучением и наносил следующую каплю. Так удалось создать кольцо диаметром в один сантиметр.

Массивы ультразвуковых излучателей можно использовать не только для перемещения предметов. Немецкие инженеры собрали на его основе бесконтактный дисплей Брайля, который они предложили использовать в банкоматах, чтобы слепые люди могли считывать информацию о своих счетах, не раскрывая ее окружающим.

Григорий Копиев