За последние несколько десятилетий ученые разработали оптические и акустические пинцеты. Используя световые или звуковые волны, они могут поднимать и контролировать движение небольшого объекта, например крошечного притягивающего луча . Это захватывающие разработки, но к их работе предъявляются очень строгие требования. Исследователи разработали новый способ перемещения и манипулирования объектами на расстоянии, по-прежнему используя звук, который позволяет им перемещаться по сложным траекториям. Статья с описанием результатов опубликована в журнале Nature Physics.
Этот метод называется формированием волнового импульса и не зависит от физических свойств объекта и окружающей среды. Команда продемонстрировала это, перемещая плавающий мяч для пинг-понга вокруг ряда препятствий.
«Оптический пинцет работает, создавая световую «горячую точку» для улавливания частиц, как мяч, падающий в лунку. Но если поблизости есть другие объекты, эту дыру трудно создать и переместить», — заявил старший автор исследования Ромен Флёри из Федеральной политехнической школы Лозанны. «В наших экспериментах мы не захватывали объекты, а осторожно толкали их, как вы направляете шайбу хоккейной клюшкой».
Дизайн системы гениален. Вокруг резервуара с водой были расположены динамики и микрофоны, которые производили звуковые волны, которые толкали мячик для пинг-понга. Микрофоны регистрировали обратную связь от волн, ударяющих о мяч. Это известно как матрица рассеяния.
Они добавили к смеси камеру, которая могла видеть движение мяча для пинг-понга, и смогли рассчитать оптимальный импульс, который нужно передать мячу, чтобы он успешно обходил препятствия.
«Метод основан на законе сохранения импульса, что делает его чрезвычайно простым и универсальным, и именно поэтому он настолько многообещающий», — добавил Флери.
Команда поигралась с неподвижными и движущимися препятствиями. Цель состоит в том, чтобы смоделировать среду, которая может измениться без предупреждения. Команда надеется, что этот метод может быть использован в биомедицинских приложениях, поэтому успехи, достигнутые этим подходом, впечатляют.
«Некоторые методы доставки лекарств уже используют звуковые волны для высвобождения инкапсулированных лекарств, поэтому этот метод особенно привлекателен, например, для доставки лекарства непосредственно к опухолевым клеткам», — продолжил Флери.
Это также может помочь манипулировать клетками или биологическими тканями вне тела, поскольку вы не будете использовать инструменты, которые могут повредить или загрязнить объект исследования. Он также может найти применение в 3D-печати, и, возможно, можно будет использовать не только звук, но и свет.
Но первый шаг команды — перейти от макроса к микро и посмотреть, как это будет там работать.
