Les pincettes acoustiques peuvent ramasser des objets avec des ondes sonores – sans aucun contact physique

Abstract Sound Waves

Ondes sonores abstraites

Un réseau hémisphérique de transducteurs à ultrasons soulève les objets des surfaces réfléchissantes.

Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont développé une nouvelle technologie qui permet la manipulation sans contact de petits objets à l’aide d’ondes sonores. Ils ont utilisé un réseau hémisphérique de transducteurs à ultrasons pour générer un champ acoustique 3D qui a piégé et soulevé de manière stable un petit polystyrène balle d’une surface réfléchissante. Bien que leur technique utilise une méthode similaire au piégeage laser en biologie, adaptable à une plus large gamme de tailles de particules et de matériaux.

La capacité de déplacer des objets sans les toucher peut sembler magique, mais dans le monde de la biologie et de la chimie, la technologie connue sous le nom de piégeage optique aide les scientifiques à utiliser la lumière pour déplacer des objets microscopiques depuis de nombreuses années. En fait, la moitié du prix Nobel de physique 2018, décerné à Arthur Ashkin (1922-2020) était en reconnaissance des réalisations remarquables de cette technologie. Mais l’utilisation de la lumière laser n’est pas sans défauts, notamment les limites imposées aux propriétés des objets déplaçables.


Un réseau hémisphérique de transducteurs à ultrasons avec contrôle de phase et d’amplitude est entraîné pour créer un champ acoustique qui peut piéger et soulever une boule de polystyrène d’une surface réfléchissante. Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Entrer piégeage acoustique, une alternative qui utilise sonner au lieu d’ondes optiques. Les ondes sonores peuvent être appliquées à un plus large éventail de tailles d’objets et de matériaux, à tel point qu’une manipulation réussie est possible pour millimètreparticules de taille moyenne. Bien qu’ils n’existent pas depuis aussi longtemps que leurs homologues optiques, la lévitation et la manipulation acoustiques sont exceptionnellement prometteuses pour les environnements de laboratoire et au-delà. Mais les défis techniques à surmonter sont de taille. En particulier, il n’est pas facile de contrôler individuellement et avec précision de vastes réseaux de transducteurs à ultrasons en temps réel et d’obtenir les bons champs sonores pour soulever des objets loin des transducteurs eux-mêmes, en particulier à proximité des surfaces réfléchissant le son.

Aujourd’hui, le chercheur Shota Kondo et le professeur agrégé Kan Okubo de l’Université métropolitaine de Tokyo ont mis au point une nouvelle approche pour soulever des objets de la taille d’un millimètre d’une surface réfléchissante à l’aide d’un réseau hémisphérique de transducteurs. Leur méthode de pilotage du réseau ne ne pas impliquent un adressage complexe d’éléments individuels. Au lieu de cela, ils divisent le tableau en blocs gérables et utilisent un filtre inverse qui trouve la meilleure phase et amplitude pour les conduire à faire un seul piège à une certaine distance des transducteurs eux-mêmes. En ajustant la façon dont ils entraînent les blocs au fil du temps, ils peuvent modifier la position de leur champ cible et déplacer la particule qu’ils ont piégée. Leurs découvertes sont étayées par des simulations des champs acoustiques 3D créés par les réseaux, et bien sûr, par leurs expériences avec une boule de polystyrène, qui parlent d’elles-mêmes (voir la vidéo).

Bien que des défis restent à relever pour maintenir les particules piégées et stables, cette nouvelle technologie passionnante promet de grandes avancées pour transformer le piégeage acoustique d’une curiosité scientifique à un outil pratique en laboratoire et dans l’industrie.

Référence : « Pinces acoustiques à mi-air pour le ramassage sans contact à l’aide de réseaux de transducteurs à ultrasons contrôlés à plusieurs canaux » par Shota Kondo et Kan Okubo, 2 juin 2021, Journal japonais de physique appliquée.
DOI : 10.35848 / 1347-4065 / abfebd

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