障害物の周りを曲がるように教えられた音響浮揚装置

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ビデオ: 超音波 物質浮揚装置を作ってみた!Fusion360と光造形3DプリンタPhoton Sで設計/出力。超音波スピーカー、Arduino、モータードライバを使って定在波を発生させ、物を浮かせます。 2022, 12月
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Anonim
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英国のエンジニアは、物体との間に障害物がある場合でも、空中に小さくて軽い物体を保持できる超音波エミッターのアレイを作成しました。この結果は、通過する音の位相を変更する静的プレートと、全体的な音場が障害物の周りで曲がるようにエミッターごとにそのような位相を選択したおかげで達成されたと、 UIST2018カンファレンス。

音響浮上は、干渉により、コヒーレントな音波が空気中に定在波を形成し、それが次に、空気量の低圧および高圧の領域の形成につながるという事実に基づいています。圧力が上昇している周囲の領域のために、小さな物体が定在波の長さよりも小さい最小圧力の領域に配置された場合、それは落下することなく空中に残ります。

近年、この分野での進歩が目立っています。たとえば、2015年には、ブリストル大学とサセックス大学のエンジニアのグループが最初の一方向超音波浮揚装置を作成し、年初にブリストルのエンジニアが初めて作成しました。定在波の長さよりも大きい物体を強制的に浮揚させました。新しい仕事では、Sriram Subramanianが率いるサセックス大学のエンジニアが、別の重要な技術的問題を解決することに成功しました。障害物によってエミッターの配列から分離されたオブジェクトを空中に保つ方法を学びました。

高解像度の音場を生成する音響浮揚器を作成する際の問題の1つは、従来の超音波エミッターは、そのサイズのために、互いに近くに配置することが難しいことです。エンジニアは、256個の超音波エミッターとプレートを組み合わせたフェーズド超音波アレイで構成されるハイブリッドセットアップを作成することでこの制限を克服しました。これは、著者が音響メタマテリアルと呼んでいます。それは同心円状のディスクの配列であり、その厚さは音の波長に等しく、ディスク間の距離は波長の半分です。

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プレート内の音に対する障害物のレイアウト

プレートの特徴は、ディスク間の空洞に障害物が配置されていることです。これにより、空洞を透過する音の位相が変化します。エンジニアは、フェーズドアレイからの音がプレートを通過した後、音場がその上の障害物の周りで曲がるように障害物を計算しました。プレート自体が静的であるという事実にもかかわらず、超音波エミッターの制御により、音場の構成を変更することができます。開発者は、音場を測定する簡単な方法を考え出しました。3Dプリンターを使用し、押出機をマイクに置き換え、マイクの動きを制御し、さまざまな領域の音の強さをマッピングするプログラムを作成しました。

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ラジエーターからの音の位相に応じた音場の変化

インスタレーションでの実験は、その中の音が実際に障害物の周りで曲がり、空中に小さくて軽い物体を保持し、それらを異なる軸に沿って動かすことができることを示しました。さらに、エンジニアは、リグの上のオブジェクトに触れる前でも、ユーザーの手に触覚反動を作成する方法を学ぶなど、他のいくつかのアプリケーションを示しました。さらに、設置により、ガスの流れの方向を変更したり、たとえば、キャンドルから炎をそらすことができます。

以前、エンジニアは音響浮揚のための他の珍しいアプリケーションを作成しました。たとえば、2016年に、Sriram Subramanianのグループは、電子インクのように機能する音響的に浮上したピクセルを備えたディスプレイを発表しました。そして昨年、リトアニアのエンジニアは完全に非接触のはんだ付け装置を開発しました。この装置では、部品の位置決めは指向性超音波放射によって行われ、はんだ付け自体はレーザーを使用して行われます。

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