الملخص:
إذا كنت قد شاهدت فيلم "The Incredible Hulk" لعام 2008، فمن المحتمل أنك لا تزال تتذكر تلك المدافع الصوتية التي استخدمت موجات صوتية قوية لقمع العملاق الأخضر. الآن، قدم علماء من جامعة هلسنكي في فنلندا، بالتعاون مع باحثين من جامعة نافارا العامة في إسبانيا وجامعة ميشيغان في الولايات المتحدة، لهذه الفكرة نموذجًا أوليًا واقعيًا: "خط أنابيب" يتكون بالكامل من موجات فوق صوتية يمكنها تقييد وتوجيه تدفق المواد في الهواء.
تم "إنشاء" هذا الأنبوب غير المرئي عديم الكتلة بواسطة موجات فوق صوتية تنبعث من 256 مكبر صوت صغير. ويمكنه توجيه السوائل والغازات والمساحيق وحتى البلازما، مما يجعلها تبدو وكأن هذه المواد معلقة في الهواء من الهواء الرقيق وتتحرك للأمام ببطء. ولم يسمع أي صوت مسموع خلال العملية برمتها. لتغيير اتجاه التدفق، لا يتعين عليك تحريك أي أجزاء مادية؛ كل ما عليك فعله هو ضبط طريقة عمل السماعات وإعادة تشكيل الأنبوب غير المرئي.
"من بين جميع الأجهزة التجريبية التي رأيتها على الإطلاق، يمكن القول أن هذا الجهاز هو الأقرب إلى السحر." وعلق علي سلمي، قائد المشروع وأستاذ الإلكترونيات بجامعة هلسنكي.
أصل هذه الفكرة هو مشروع سابق لفريق البحث: حيث استخدموا الموجات فوق الصوتية لتنظيف المواد الملتصقة بالجدران الداخلية للأنابيب. وبعد هذه الفكرة، تصوروا أيضًا أنه إذا تمت إزالة الجدار المادي للأنبوب ببساطة، بحيث لا يكون هناك مكان لالتصاق المواد، ألن تختفي المشكلة من الجذر؟
لتحويل الفكرة إلى واقع، أجرى الباحثون جولات متعددة من التجربة والخطأ حول تخطيطات مختلفة للمتحدثين. يحتوي النموذج الأولي النهائي على 256 محولًا صغيرًا للموجات فوق الصوتية مرتبة حول هيكل أسطواني، ينبعث منها موجات صوتية بتردد يبلغ حوالي 40 كيلو هرتز. ومن خلال التحكم بدقة في توقيت هذه الموجات الصوتية، فإنها تشكل مجالًا صوتيًا عندما تتقاطع، مما يؤثر على المادة المارة ويقيدها في مسار معين. يسمح ضبط مجال الصوت لهذا المسار بالانحناء أو إعادة التوجيه، بينما يظل الأنبوب المادي ثابتًا. ويبلغ طول الأنبوب النموذجي 8 سنتيمترات فقط، ويستهلك حوالي 50 واطًا من الكهرباء، أي ما يعادل تقريبًا لمبة إضاءة متوهجة قديمة الطراز.
لا يزال هذا مجرد نموذج أولي، لكن الأبحاث أثبتت أن الصوت وحده يكفي لتوجيه أشكال مختلفة من المادة بشكل مستمر عبر الهواء. في حين أن معظم أنظمة المعالجة الصوتية السابقة لم يكن بإمكانها سوى رفع وتحريك الجزيئات أو القطرات الفردية، فإن النظام الجديد يمكنه التعامل مع التدفق المستمر للمواد. في التجربة، نجح الباحثون في توجيه المياه المتدفقة، وإرسال المسحوق إلى حاويات مختلفة، والتلاعب بالضباب وتدفق الهواء، وحتى التحكم في مسار التفريغ.
فيما يتعلق بآفاق التطبيق، يتصور الفريق نقل المواد دون تلامس، خاصة تلك المواد المسببة للتآكل واللزجة التي تؤدي إلى تآكل خطوط الأنابيب التقليدية أو تتراكم بسهولة على الجدار الداخلي. قد تكون هذه التقنية أيضًا مناسبة للتعامل مع المواد الحساسة شديدة التعرض للتلوث. توفر القدرة على تغيير اتجاه التدفق إلكترونيًا في الوقت الفعلي أيضًا إمكانيات جديدة لتوصيل المواد بدقة إلى الموقع المطلوب.
ومع ذلك، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه من النموذج الأولي إلى خط أنابيب الموجات فوق الصوتية الحقيقي. أحد القيود الواضحة هو التفاوت في الحجم والتكلفة: من أجل إنشاء "أنبوب" يبلغ طوله 8 سنتيمترات فقط، يلزم وجود 256 مكبر صوت، كما أن الأجهزة العلوية كبيرة. ويعتقد الباحثون أنه يمكن ربط وحدات مماثلة معًا لإنشاء خطوط أنابيب أطول بكثير.
هناك مشكلة أخرى وهي شدة الصوت. ووفقا للباحثين، فإن شدة الموجات فوق الصوتية في وسط الأنبوب تعادل قيام شخص بإطلاق النار بشكل مستمر في أذنك؛ وحتى خارج الجهاز، فإن شدة الصوت تشبه الوقوف بجوار محرك نفاث. ولحسن الحظ، فإن 40 كيلوهرتز يتجاوز النطاق الطبيعي للسمع البشري. لا يمكنك سماع هذا الزئير على الإطلاق، ولكن من الأفضل التأكد من عدم وجود كلاب بالقرب منك.
تم نشر نتائج الأبحاث ذات الصلة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) بالولايات المتحدة.
التعليقات