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 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. Физики из университета СанПауло 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. 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 непросто. 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 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. Кстати, конструируя свое устройство для левитации, исследователи опирались на теорию российского физика-теоретика Льва Петровича Горькова, изложенную им в статье «О силах, действующих на малую частицу в акустическом поле в идеальной жидкости», которая была опубликована в далеком 1961 году Ученые из британского Университета Сассекса впервые в мире разработали технологию гибко управляемой ультразвуковой левитации, позволяющей волнам эффективно огибать препятствия. SoundBender позволяет обходить препятствия на пути звука и, самое главное, не просто левитировать объект, а и управлять его движением. основа новой технологии – это совокупность ультразвуковой фазированной решетки и акустических метаматериалов. Источники звука объединены в особую структуру, а индивидуальное управление позволяет создавать особую контролируемую «картину звуковых волн». Дополнительные акустические метаматериалы обеспечивают точное управление левитирующими объектами. Инженеры из Бразилии и Великобритании поставили новый рекорд акустической левитации, подвесив в воздухе объект из пенопласта размером с шарик для гольфа. И это была первая демонстрация, в ходе которой учёные заставили левитировать объект размером больше длины звуковой волны (14 миллиметров, то есть в 3,6 раза больше) "Акустическая левитация маленьких объектов в узлах давления стоячей волны довольно широко известна, однако максимальный размер частиц, которые можно заставить левитировать таким образом составляет четверть длины волны — то есть всего четыре миллиметра, В нашей статье мы показываем, что комбинация ультразвуковых излучателей позволяет поднять в воздух гораздо больший объект". В данном случае инженеры соорудили "треногу" из ультразвуковых излучателей. Между мячиком и излучателями образуется стоячая волна, которая и толкает сферу в воздух. Ранее же в других работах физики "ловили" левитирующие объекты в узлах давления стоячей волны, но в данном случае подход иной. Как пишут сами разработчики новой системы, угол наклона излучателей и их количество можно менять. Кроме того, они показали, что в теории можно заставить парить в воздухе объекты и другой формы, а также более крупные сферы. Инженеры литовской компании Neurotechnology разработали полностью бесконтактное устройство для пайки, в котором позиционирование детали происходит за счет направленного ультразвукового излучения, а сама пайка производится с помощью лазера. литовские инженеры решили создать полноценное устройство для практического применения. Продемонстрированный аппарат состоял из нескольких частей. Основу конструкции составляли четыре массива из ультразвуковых излучателей, которые вместе образовывали квадратную рамку. Над ней были закреплены камера и лазер. Разработчики утверждают, что потенциально такая конструкция может служить в качестве 3D-принтера, но пока продемонстрировали ее в качестве аппарата для пайки деталей микросхем. Внутрь рамки помещалась основная плата, а также детали, такие как чипы. Чип захватывался ультразвуковым излучением. Компьютер с помощью камеры определял положение детали на плате и перемещал ее в нужное место. После того, как деталь размещалась в необходимом месте, лазер припаивал ее к плате. Компания собирается доработать эту технологию до уровня, при котором ее можно будет применять не в лабораторных условиях, а на настоящем производстве микроэлектроники.
