Бесконтактный станок с ЧПУ на основе левитации создали ученые

Бразильские и американские физики создали устройство на основе акустической левитации для переноса маленьких объектов. Это первый программируемый станок, способный перемещать объекты с помощью эффекта притягивающей левитации. Устройство не способно повредить или загрязнить объект контролируемый предмет, потому как левитирует на расстоянии нескольких микрон от генератора, сообщает корреспондент tvbrics.com со ссылкой на nplus1.ru.

Контролируемое перемещение объектов малого размера, оказывается, имеет решающее значение в микроэлектронике, физике и биологии. Отметим, что при контроле больших объектов главную роль играет гравитация, а манипулирование маленькими компонентами зачастую происходит поверхностными силами, например, электростатическими или силами Ван-дер-Ваальса.

Вот только эти поверхностные силы вызывают нежелательное сцепление контролируемых объектов с манипулятором, что, в свою очередь, приводит к загрязнению или повреждению хрупких деталей.

Чтобы исключить загрязнения и повреждения, группа физиков под руководством Асьера Марсо собрала станок для перемещения миллиметровых деталей на эффекте левитации.

Этот метод, в отличие от магнитных, оптических и аэродинамических способов бесконтактного контроля, дает возможность манипулировать широким спектром материалов, среди них не только твердые тела и жидкости, но и живые существа.

Ученые выстроили компьютерную модель, которая помогла определить необходимые параметры генератора ультразвука для создания манипулятора. Физики сумели рассчитать давление акустического излучения и силу, которая действует на контролируемый объект. Удалось выяснить, что при разном отношении размера генератора R к длине звуковой волны λ возникающая сила может как отталкивать объект, так и притягивать.

Новое устройство, созданное на основе расчетов, легко генерирует волны на частоте 21 килогерц для создания удерживающей силы в 0,15 миллиньютон. В результате объект постоянно находится на расстоянии в несколько микрон от генератора. Это пока первый эксперимент, в котором ученым удалось экспериментально продемонстрировать достаточно сильные эффекты притяжения при создании притягивающей акустической левитации.

Созданный станок с ЧПУ способен захватывать и перемещать очень хрупкие объекты размером от нескольких микрон до нескольких сантиметров: электромеханические устройства, кремниевые матрицы, микрооптические устройства и так далее.

Кстати, уже существует бесконтактный паяльный аппарат на основе ультразвуковой левитации, с его помощью у инженеров появится возможность собирать микросхемы, вообще не касаясь деталей.

А в 2019 году на основе все той же акустической левитации физики сумели создать псевдоголографический дисплей и продемонстрировали объемный экран с тактильным откликом.