“أقرب شيء إلى السحر” – الباحثون يصنعون أنبوبًا غير مرئي يحرك السوائل عبر الهواء الرقيق

طور العلماء أنبوبًا غير مرئي مصنوع بالكامل من الموجات فوق الصوتية، يمكنه توجيه السوائل عبر الهواء دون اتصال جسدي.

الباحثون في جامعة هلسنكي لقد أنشأوا أنبوبًا بدون جدران مادية، باستخدام الموجات فوق الصوتية لتوجيه تيار من السائل أفقيًا عبر الهواء الطلق. يمكن أن توفر هذه التكنولوجيا طريقة جديدة لنقل المواد المسببة للتآكل أو اللزجة أو الحساسة للتلوث دون تعريضها لأسطح الأنابيب التقليدية.

يقول آري سالمي، أستاذ الإلكترونيات بجامعة هلسنكي، الذي قاد تطوير الجهاز: “من بين جميع الإعدادات التجريبية التي رأيتها، أود أن أقول إن هذا هو الأقرب إلى السحر“.

كيف تقوم الموجات فوق الصوتية بإنشاء أنبوب غير مرئي

يستخدم النظام 256 مكبر صوت مصغر مرتبة في أسطوانة حول السائل المتدفق، على بعد حوالي خمسة سنتيمترات (2 بوصة). أنها تنتج موجات فوق صوتية بتردد حوالي 40 كيلو هرتز، وهو ما يتجاوز نطاق السمع البشري. ومن خلال التنسيق الدقيق لهذه الموجات، أنشأ الباحثون مجالًا صوتيًا يحصر السائل في مسار ضيق دون أي جدران صلبة.

على عكس الأنابيب التقليدية، يمكن لقناة الموجات فوق الصوتية تغيير الاتجاه دون الحاجة إلى تعديلات مادية. يمكن للباحثين إعادة تشكيل المسار إلكترونيًا، أو إعادة توجيه السائل نحو وجهة أخرى، أو التحكم في إطلاقه بدقة قطرة واحدة. يوضح ديمتري نيكولاييف، باحث ما بعد الدكتوراه، الذي قاد فريق المشروع: “من خلال تغيير كيفية التحكم في مكبرات الصوت، يمكننا إعادة تشكيل الأنبوب وتحويله حسب الحاجة”.

https://youtu.be/qmslDZWmiaE
مادة فيديو لأنبوب الموجات فوق الصوتية الذي ينقل السوائل والمسحوق والضباب والكهرباء. مأخوذ من المقالة التوجيه المستمر غير التلامسي للمادة في حالاتها الرئيسية باستخدام مجالات صوتية منحنية وممدودة تشبه بسل. الائتمان: ديمتري نيكولاييف

يمكن أيضًا تكييف هذا النهج مع مواد مختلفة. “نقل مادة صلبة، على سبيل المثال، يتطلب تكوينًا ميدانيًا مختلفًا عن نقل سائل أو غاز.” بالإضافة إلى تحريك المادة، يمكن لأنبوب الموجات فوق الصوتية توجيه التفريغ الكهربائي على طول مسار متحكم فيه.

من سؤال بسيط إلى جهاز يعمل

خطرت فكرة السالمي لأول مرة قبل أربع سنوات، بعد بحث سابق حول استخدام الموجات فوق الصوتية لتنظيف الأنابيب من الداخل. “كنا نعمل على تطوير جهاز ينظف الأسطح الداخلية للأنابيب بالموجات فوق الصوتية. وأثناء تناول الغداء مع أحد الزملاء، ناقشنا أنه سيكون من المفيد إذا لم يكن للأنبوب سطح تلتصق به الأوساخ.”

وبقي الحديث معه. وأثناء نزهة مسائية مع كلبه، أدرك أنه يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لتشكيل جدران الأنابيب بدلاً من مجرد تنظيفها. يتطلب تحويل المفهوم إلى جهاز فعال تجارب مكثفة لتحديد كيفية عمل مكبرات الصوت معًا. وعمل باحثو جامعة هلسنكي مع متعاونين في جامعة نافار العامة وجامعة ميشيغان لتطوير النظام.

نموذج أولي صغير مع إمكانية التوسع

ينتج النموذج الأولي المكتمل أنبوبًا بالموجات فوق الصوتية يبلغ طوله ثمانية سنتيمترات فقط (3.1 بوصة)، أي أقصر من قطر الجهاز المحيط. يقول نيكولاييف إنه يمكن توصيل وحدات متعددة لتوسيع القناة إلى أطوال أكبر. ويستهلك كل قسم طوله ثمانية سنتيمترات ما يقرب من 50 واطًا من الكهرباء، وهو ما يمكن مقارنته بالمصباح الكهربائي المتوهج التقليدي.

على الرغم من أن الجهاز يعمل خارج نطاق السمع البشري، إلا أن مجال الموجات فوق الصوتية الخاص به شديد للغاية، وقد تجد الكلاب الصوت مزعجًا. يقول نيكولاييف: “في قلب الجهاز، تكون شدة الموجات فوق الصوتية مماثلة لصوت إطلاق نار مستمر بجوار أذنك”. “حتى هنا بجانبه، يمكن مقارنة الصوت بمحرك نفاث إذا كنت تقف بجانبه مباشرة. لكنه عالي النبرة بالنسبة للأذن البشرية.”

المرجع: “التوجيه المستمر غير التلامسي للمادة في حالاتها الرئيسية باستخدام المجالات الصوتية المنحنية والممدودة التي تشبه بيسل” بقلم دميتري نيكولاييف، ودينيس إيابلونسكي، وألكسندر مارتينيز-مارشيز، وماريكا سيركا، وميكيل ألديا، وتشينيدوم أوكودير، وإدوارد هيجستروم، وآسير مارزو، وآري سالمي، 23 أكتوبر 2026، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2614959123

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.