超表面图案化将超声波发射器变成无接触“牵引光束”操纵器

超表面图案化将超声波发射器变成无接触“牵引光束”操纵器

明尼苏达大学的研究人员已经开发出一种新的、更有效的方法来移动物体而无需物理接触它们——使用超声波发射器和超材料方法,他们声称,这种方法可以扩展以允许其在制造和其他机器人企业中使用。

“我们早就知道波、光和声音可以操纵物体。我们的研究与众不同之处在于,如果我们将它们的表面制成超材料表面或‘超表面’,我们就可以操纵和捕获更大的物体,”Ognjen 解释说Ilic,该研究的资深作者和机械工程教授。 “当我们在物体表面放置这些微小图案时,我们基本上可以将声音反射到我们想要的任何方向。这样做,我们可以控制施加在物体上的声学力。”

这种巧妙的非接触式操纵系统可以在不接触物体的情况下推拉物体。 (📹: UMN 理工学院)

与深受喜爱的科幻电影《星际迷航》中发现的牵引光束技术相比,该团队的非接触式操纵系统允许双向移动——不仅可以将物体推离发射器,还可以反转并将它们拉向发射器。 诀窍:蚀刻到物体表面的亚波长图案,改变了它与来自发射器的超声波的相互作用。

“非接触式操作是光学和电磁学研究的热门领域,但这项研究提出了另一种非接触式驱动方法,它具有其他方法可能没有的优势,”第一作者马修斯坦说。 “此外,除了这项研究能够实现的应用之外,扩展我们的物理学知识通常是一件非常令人兴奋的事情!”

“在许多科学和工程领域,尤其是机器人领域,需要移动物体,将信号转换为某种受控运动,”Ilic 补充道。 “这通常是通过物理系绳完成的,或者必须携带一些能量来源才能执行任务。我认为我们正在朝着一个新的方向发展,并表明无需身体接触,我们就可以移动物体,而这种运动可以简单地通过对该物体表面上的东西进行编程来控制。这为我们提供了一种非接触式驱动物体的新机制。”

该团队的工作已在期刊上以开放获取条款发表 自然通讯.

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