Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ đại học Sao Paulo của Brazil đã phát triển một thiết bị leviation (tạm dịch: treo lơ lửng) mới có khả năng làm cho một vật thể có kích thước nhỏ nổi bồng bềnh trong không khí. Điểm đặc biệt của thiết bị này so với các hệ thống trước đó chính là khả năng tùy biến và điều khiển linh hoạt hơn rất nhiều.
Được công bố trên tạp chí khoa học Applied Physics Letters, một trong những tạp chí top đầu của ngành Vật Lý Ứng Dụng, thiết bị có khả năng nâng hạt polystyrene (hạt xốp) lơ lửng trong không trung bằng cách phản xạ sóng âm giữa một nguổn phát đặt trên cao và một bộ phản xạ có bề mặt lõm ở bên dưới. Khi thay đổi hướng của bộ phản xạ, hạt xốp bị treo lơ lửng cũng sẽ di chuyển theo.
Nghiên cứu về nâng vật thể trong không trung bằng sóng âm không phải là mới. Đã có khá nhiều nhà nghiên cứu phát triển sản phẩm tương tự trong quá khứ tuy nhiên các thiết bị đó đều đòi hỏi độ chính xác cao trong việc đặt nguồn phát và bộ phản xạ ở vị trí cộng hưởng cố định. Điều này khiến cho việc điều khiển vật thể di chuyển khá khó khăn. Nhưng thiết bị mới này lại cho thấy khả năng sử dụng một thiết bị nâng “không cộng hưởng”, nhờ đó khoảng cách giữa nguồn phát và bộ phản xạ không cần thiết phải cố định nữa.
Bước đột phá này đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các thiết bị có kích thước lớn hơn, sử dụng để vận chuyển các vật liệu độc hại, dược phẩm dễ phản ứng với hóa chất, hoặc đơn giản là làm những món đồ chơi công nghệ mới cho những đứa trẻ.
Marco Aurello Britzzotti Andrade, người dẫn đầu nghiên cứu này cho biết: “Mỗi công xưởng hiện đại cần đến hàng trăm robot để vận chuyển các chi tiết từ chỗ này sang chỗ khác. Câu hỏi chúng tôi đặt ra là, tại sao không thử vận chuyển tất cả các chi tiết mà không chạm vào chúng ?”.
Mặc dù hiện nay thiết bị chỉ có thể nâng được những hạt khối lượng nhỏ (trong thí nghiệm của họ là hạt xốp có đường kính 3mm), nhưng theo Andrade, hướng đi tiếp theo của nghiên cứu sẽ là nâng các vật liệu nặng hơn.
Thiết bị nâng bằng sóng âm hoạt động như thế nào ?
Trong những năm gần đây, quá trình điều khiển vật thể dựa trên phương pháp sóng âm đang từng bước từng bước được hoàn thiện. Một mô hình điển hình của thiết bị này sẽ gồm có một ống phát sóng âm tần số cao (có thể là siêu âm) đặt ở trên. Khi những sóng này gặp bề mặt lõm ở phía dưới, chúng sẽ bị phản xạ lại. Sóng phản xạ sẽ tương tác với sóng được phát ra và tạo thành sóng dừng với các điểm mà tại đó áp lực là thấp nhất. Nếu áp lực tại những điểm đó đủ lớn, nó có thể thắng được trọng lực và làm các vật thể tại đó nổi lơ lửng trong không khí.
Ban đầu, những thiết bị nâng bằng sóng âm chỉ có khả năng giữ các vật thể nhỏ tại một vị trí cố định. Nhưng những năm sau đó, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc di chuyển các hạt siêu nhỏ một khoảng cách giới hạn trong không gian.
Mặc dù đó là một thành tích ấn tượng. Nhưng các thiết bị luôn đòi hỏi khoảng cách giữa bộ phát và bộ phản xạ được điều chỉnh kỹ lưỡng để đạt giá trị cộng hưởng trước khi có thể nâng vật thể trong không gian. Tức là khoảng cách sẽ phải tỷ lệ với độ dài nửa bước sóng. Chỉ cần khoảng cách bị sai lệnh một chút thôi thì sóng dừng sẽ không được tạo ra và vật thể sẽ không lơ lửng được.
Theo nhóm nghiên cứu, thiết bị mới này không chỉ không đòi hỏi khoảng cách chính xác như vậy, mà còn có thể thay đổi khoảng cách tùy ý và liên tục ngay khi đang hoạt động mà không làm ảnh hưởng đến khả năng lơ lửng của vật thể.
Biên dịch: Trungmaster, theo R&D
Link luận văn: M.A.B.Andrade, N.Perez and J.C.Adamowski, Particle manipulation by a non-resonant acoustic levitator, Appl. Phys. Lett. 106, 014101 (2015); http://dx.doi.org/10.1063/1.4905130
