非接触操作方式は、ロボットや製造業などの産業で利用できる可能性がある Contactless manipulation method could be used in industries such as robotics and manufacturing
2022-12-06 ミネソタ大学
光や音波で物体を操作することは以前から実証されているが、その対象は常に音や光の波長よりも小さく、それぞれミリメートルからナノメートルのオーダーであった。研究チームは、メタマテリアル物理学の原理を利用して、より大きな物体を動かすことができる方法を開発した。
メタマテリアルとは、光や音などの波動と相互作用するように人工的に加工された材料のことである。研究チームは、物体の表面にメタマテリアルのパターンを配置することで、物体に物理的に触れることなく、音を使って特定の方向に物体を動かすことに成功した。
この方法は、製造業やロボット工学などの分野で、物体を移動させるのに役立つと考えられる。
＜関連情報＞
- https://cse.umn.edu/college/news/researchers-use-ultrasound-waves-move-objects-hands-free
- https://www.nature.com/articles/s41467-022-34207-7
音響異常散乱による非接触型放射力の形成 Shaping contactless radiation forces through anomalous acoustic scattering
Nature Communications Published:01 November 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-34207-7
Abstract
Waves impart momentum and exert force on obstacles in their path. The transfer of wave momentum is a fundamental mechanism for contactless manipulation, yet the rules of conventional scattering intrinsically limit the radiation force based on the shape and the size of the manipulated object. Here, we show that this intrinsic limit can be broken for acoustic waves with subwavelength-structured surfaces (metasurfaces), where the force becomes controllable by the arrangement of surface features, independent of the object’s overall shape and size. Harnessing such anomalous metasurface scattering, we demonstrate complex actuation phenomena: self-guidance, where a metasurface object is autonomously guided by an acoustic wave, and tractor beaming, where a metasurface object is pulled by the wave. Our results show that bringing the metasurface physics of acoustic waves, and its full arsenal of tools, to the domain of mechanical manipulation opens new frontiers in contactless actuation and enables diverse actuation mechanisms that are beyond the limits of traditional wave-matter interactions.
