Блог компании RUVDS.com. Автор: DAN_SEA. Несмотря на свою практически неслышимость и незримость, ультразвук имеет множество применений в современной жизни. В связи с этим мы и рассмотрим некоторые весьма любопытные его реализации, вдвойне интересные ещё с той точки зрения, что они содержат полный набор исходников проектов, что позволяет любому желающему испытать свои силы в реализации описанного. Итак…

Ультразвуковая левитация

Ультразвуковая левитация представляет собой очень интересный вопрос, так как позволяет реализовывать на своей основе не только способ левитации лёгких небольших предметов, но и даже построить на её основе своеобразный конвейер, позволяющий перемещать предметы без касания их.

Практическая реализация такой левитации заключается в самом простом случае в расположении друг напротив друга двух ультразвуковых излучателей, которые излучают ультразвук, развёрнутый по фазе на 180°. В тех местах, где волны совпадают по частоте и по фазе, образуются зоны стоячей волны:

Картинка: Lucas Vieira, wikipedia.org

Картинка: duino.ru

Они представляют собой зоны сжатия, будучи захваченными в которых и удерживаются лёгкие предметы.

Некоторые авторы говорят о том, что такие зоны представляют собой своеобразные «полки», на которых «лёжа удерживаются лёгкие предметы».

Однако я сам с этим не согласен, так как, насколько мне удалось выяснить в ходе предыдущего исследования этого вопроса, ультразвук имеет свойство глубоко проникать в материю, и здесь, на мой взгляд, скорее наблюдается своеобразное «влипание» предмета, примерно так же, как муха влипает в мёд, то есть ультразвук проникает в предмет, заставляет колебаться со своей частотой как минимум поверхностные слои предмета, что и вызывает эффект «влипания» как мухи в мёде.

То есть если предмет достаточно лёгкий и колеблется как минимум частично вместе с ультразвуком, то это позволяет его достаточно уверенно перемещать в пространстве, потому что он сам, как бы «является частью этого пространства и колеблется с его частотой».

UPD. Но, после некоторых размышлений, я всё же думаю, что тут наблюдается вот что: если предмет достаточно лёгкий и вокруг него образуется зона высокого давления, то, если эта зона начинает быстро передвигаться, то она выступает своего рода пневматическим захватом, то есть предмет подталкивает и, продолжая удерживать, перемещает относительно высокое давление воздуха, из зоны которого он не может вырваться, в виду своего малого веса.

Нужно ещё более подробно исследовать этот вопрос, однако сам факт, что с помощью такой ультразвуковой левитации не просто удерживают предметы на весу, но и перемещают их с очень большой скоростью (что мы и увидим ниже), говорит в пользу этого утверждения.

В самом простом варианте, как мы и говорили выше, подобный левитатор представлен двумя ультразвуковыми излучателями, расположенными друг напротив друга:

Подробное описание этого проекта, с необходимыми деталями и исходным кодом можно найти здесь.

Используя фазовый сдвиг, можно добиться того, чтобы эти зоны стоячей волны перемещались в пространстве:

Картинка: Д. Ильин: vectorization, translation. File:Phase shift.png by Ignacio Icke, CC0, wikipedia.org

При желании можно ознакомиться с подробной теорией ультразвуковой левитации.

Более крупный проект такого плана, использующий уже 72 ультразвуковых излучателей, можно построить по описанию отсюда:

Кстати говоря, в видео выше, если смотреть с 3:37, как раз видно перемещение, насколько я понимаю, реализованное описанным выше способом.

Ультразвуковой 3D-экран

Если мы захотим чего-то большего, то, на мой взгляд, здесь очень хорошо подойдёт совершенно потрясающий проект, разработанный университетом Сассекса (UK), также впоследствии повторённый одним из энтузиастов, который смог его построить, основываясь на выложенной разработчиками подробной научной статье с описанием проекта.

Физическая часть проекта представляет собой два массива ультразвуковых излучателей, расположенных на плоскостях и развёрнутых друг напротив друга.