Как переместить пробирку, не разбив всё вдребезги? Просто заставить её левитировать
NewsMakerИнженеры создали летающую тележку для перевозки клеток и микросхем без прикосновений.
Транспортировка миниатюрных объектов на высокой скорости и с максимальной точностью — задача, с которой по-прежнему сталкиваются производители в самых разных отраслях. При работе с микроэлементами мешают даже незначительные колебания, а механические элементы вроде роликов или лент создают избыточное трение и нарушают точность. Особенно это критично в биомедицинской, химической и микроэлектронной сферах.
Учёные из Национального университета Йокогамы предложили оригинальное решение : устройство, способное свободно перемещаться в любом направлении без соприкосновения с поверхностью. Ключевым элементом конструкции стала акустическая левитация — метод, при котором предмет удерживается в воздухе за счёт ультразвуковых волн. В отличие от магнитных подвесов, которые требуют массивных элементов, или пневматических систем, зависящих от сжатого воздуха, звуковая технология обеспечивает компактность и лёгкость.
Главная проблема классических платформ на акустической подушке — проводное питание и управление. Кабели ограничивают подвижность и мешают позиционированию, особенно в задачах, где требуется высокая точность. Чтобы устранить это ограничение, исследователи внедрили беспроводную схему питания. В результате конструкция полностью избавилась от внешних соединений, сохранив при этом стабильную высоту левитации и отличную манёвренность.
Во время испытаний устройство продемонстрировало способность разгоняться более чем до 3 м/с по наклонной плоскости. При уклоне в 10 градусов платформа беспрепятственно скользила при активной левитации, но сразу останавливалась, как только система отключалась. Это подтвердило полное устранение сопротивления от опоры. Кроме того, была проверена грузоподъёмность: платформа выдерживала до 150 граммов, включая собственный вес, оставляя примерно 43 грамма на полезную нагрузку. Превышение этой границы приводило к прекращению левитации.
В качестве движителя используется пьезоэлектрический элемент, который формирует так называемую сжимаемую воздушную плёнку между основанием и телом платформы. Это позволяет устройству перемещаться в любом направлении, не касаясь поверхности. Благодаря миниатюрным размерам аппарат может работать в ограниченных пространствах — от стерильных лабораторий до сборочных линий микросхем.
Полное отсутствие контакта с окружающей средой исключает риск загрязнения, что особенно важно при транспортировке клеток, биоматериалов или химических проб. Результаты экспериментов совпали с расчётами, что подтверждает практическую применимость технологии. Исследователи считают, что сочетание высокой скорости, точности и независимости от кабелей делает систему перспективной для задач, где важно избегать прикосновений и вибраций.
Следующим шагом станет создание подвижных платформ, объединённых в единую конструкцию с модулем движения — по сути, бесконтактных роботов для логистики. Такие машины смогут перемещаться по производственным помещениям или медицинским учреждениям , не касаясь пола. Параллельно команда работает над повышением эффективности левитации, улучшением устойчивости при транспортировке и адаптацией устройства к неровным поверхностям. Всё это в перспективе расширит зону применения — от лабораторий до промышленного производства.
Транспортировка миниатюрных объектов на высокой скорости и с максимальной точностью — задача, с которой по-прежнему сталкиваются производители в самых разных отраслях. При работе с микроэлементами мешают даже незначительные колебания, а механические элементы вроде роликов или лент создают избыточное трение и нарушают точность. Особенно это критично в биомедицинской, химической и микроэлектронной сферах.
Учёные из Национального университета Йокогамы предложили оригинальное решение : устройство, способное свободно перемещаться в любом направлении без соприкосновения с поверхностью. Ключевым элементом конструкции стала акустическая левитация — метод, при котором предмет удерживается в воздухе за счёт ультразвуковых волн. В отличие от магнитных подвесов, которые требуют массивных элементов, или пневматических систем, зависящих от сжатого воздуха, звуковая технология обеспечивает компактность и лёгкость.
Главная проблема классических платформ на акустической подушке — проводное питание и управление. Кабели ограничивают подвижность и мешают позиционированию, особенно в задачах, где требуется высокая точность. Чтобы устранить это ограничение, исследователи внедрили беспроводную схему питания. В результате конструкция полностью избавилась от внешних соединений, сохранив при этом стабильную высоту левитации и отличную манёвренность.
Во время испытаний устройство продемонстрировало способность разгоняться более чем до 3 м/с по наклонной плоскости. При уклоне в 10 градусов платформа беспрепятственно скользила при активной левитации, но сразу останавливалась, как только система отключалась. Это подтвердило полное устранение сопротивления от опоры. Кроме того, была проверена грузоподъёмность: платформа выдерживала до 150 граммов, включая собственный вес, оставляя примерно 43 грамма на полезную нагрузку. Превышение этой границы приводило к прекращению левитации.
В качестве движителя используется пьезоэлектрический элемент, который формирует так называемую сжимаемую воздушную плёнку между основанием и телом платформы. Это позволяет устройству перемещаться в любом направлении, не касаясь поверхности. Благодаря миниатюрным размерам аппарат может работать в ограниченных пространствах — от стерильных лабораторий до сборочных линий микросхем.
Полное отсутствие контакта с окружающей средой исключает риск загрязнения, что особенно важно при транспортировке клеток, биоматериалов или химических проб. Результаты экспериментов совпали с расчётами, что подтверждает практическую применимость технологии. Исследователи считают, что сочетание высокой скорости, точности и независимости от кабелей делает систему перспективной для задач, где важно избегать прикосновений и вибраций.
Следующим шагом станет создание подвижных платформ, объединённых в единую конструкцию с модулем движения — по сути, бесконтактных роботов для логистики. Такие машины смогут перемещаться по производственным помещениям или медицинским учреждениям , не касаясь пола. Параллельно команда работает над повышением эффективности левитации, улучшением устойчивости при транспортировке и адаптацией устройства к неровным поверхностям. Всё это в перспективе расширит зону применения — от лабораторий до промышленного производства.