McMasterští studenti ovládají částice zvukem: Jejich akustická levitace má potenciál pro medicínu a míří do Číny

Čtyři studenti inženýrství z McMaster University dosáhli významného průlomu, když vyvinuli metodu manipulace s fyzickými částicemi pouze pomocí zvukových vln.

Čtyři studenti inženýrství z McMaster University dosáhli významného průlomu, když vyvinuli metodu manipulace s fyzickými částicemi pouze pomocí zvukových vln. Jejich akustická levitace, která umožňuje vznášet a pohybovat objekty v 3D prostoru bez fyzického kontaktu, bude brzy představena globální akademické a průmyslové komunitě na konferenci v Číně.

Tým strávil celý rok rovnicemi, návrhy obvodů, experimentováním a laděním, než se jim v laboratoři podařilo dosáhnout kýženého výsledku. Malá polystyrenová částice se nejprve vznášela ve vzduchu v přímé linii a poté se pohybovala ve čtvercovém vzoru, řízena pouze pečlivě zorganizovanými zvukovými vlnami. Kieran D’Sena, jeden z členů týmu, popsal tento moment jako „fenomenální“.

Princip fungování spočívá v použití dvou sad miniaturních reproduktorů umístěných proti sobě, které vibrují příliš rychle na to, aby je lidské ucho slyšelo. Tyto vibrace vytvářejí zóny s vysokým a nízkým tlakem vzduchu. Přesným časováním každého reproduktoru pomocí rychlé elektroniky pracující na extrémně vysokých frekvencích v mikro měřítku mohou studenti kontrolovat, kde se tyto zóny objeví. Vytvořením nízkotlaké zóny zcela obklopené vysokotlakými zónami je jakýkoli objekt uvnitř tlačen ze všech stran a vznáší se. Systém, který tým postavil, umožňuje elektronicky upravovat časování bez jakýchkoli pohyblivých částí, což jim dává volnost manipulovat s částicí v 3D prostoru.

Tato technika má zásadní důsledky pro mikro-montáž malých a jemných dílů, zejména v oblasti lékařské mikrorobotiky a miniaturizace. Mikroroboti, kteří se pohybují úzkými a složitými cestami uvnitř těla, jako jsou krevní cévy nebo trávicí trakt, musí být extrémně malí a ovladatelní bezdrátově zvenčí. Tradiční magnetické metody manipulace s těmito objekty mají omezení v dosahu a spotřebě energie. Akustický systém týmu naopak prokázal stabilní levitaci ve výrazně větších pracovních objemech, zcela bezkontaktně a ve vzduchu.

Takový dosah otevírá mnoho možností pro cílené doručování léků, navigaci požitelných mikrozařízení tělem nebo provádění jemné mikro-montáže, kde by jakýkoli fyzický kontakt riskoval poškození nebo kontaminaci materiálu. Onaizah Onaizah, vedoucí projektu a docentka výpočetní techniky a softwaru, ocenila úspěch týmu jako „neuvěřitelně působivý počin, který demonstruje vysokou úroveň nezávislého myšlení a inovace“. Původní návrh projektu zahrnoval kombinaci akustického a magnetického ovládání, ale tým úspěšně dosáhl 3D kontroly levitujících částic pouze akustickým ovládáním.

Nyní, jen několik měsíců po prezentaci své práce na Capstone Expo McMaster Engineering, se tým chystá představit svůj objev na mezinárodní konferenci MARSS2026 v Číně koncem července. Pro většinu studentů to bude první prezentace výzkumu mezinárodnímu akademickému publiku, což představuje cennou příležitost pro rozvoj komunikačních dovedností.