Ученые из Йокогамского национального университета разработали инновационную технологию, обеспечивающую сверхскоростную левитацию объектов с устранением трения. Данное достижение способно стать значительным шагом вперед в области транспортировки миниатюрных устройств, таких как механические, электронные, химические и биомедицинские компоненты.
Трение представляет собой одну из ключевых проблем для транспортных систем, например, для конвейерных лент. Метод левитации, созданный японскими учеными, позволяет полностью исключить это ограничение, что существенно увеличивает скорость и точность перемещения небольших объектов. Также, устройство не нуждается в подключении к внешним источникам питания, обеспечивая возможность перемещения предметов в любом направлении с высокой маневренностью.
В процессе проведения экспериментов было установлено, что устройство действительно исключает трение, что соответствует теоретическим основам его функционирования. В ходе испытаний, проведенных без использования энергии, объект на поверхности с углом наклона 10° двигался вниз под воздействием силы тяжести. Но при включении устройства, тот же объект начал разгоняться до скорости в три метра в секунду, что свидетельствует об эффективности данной технологии.
Проведенные тесты с нагрузкой продемонстрировали, что устройство обеспечивает стабильную левитацию объектов при общем весе до 150 граммов. Однако, оптимальная полезная нагрузка составила приблизительно 43 грамма, поскольку при увеличении веса система испытывала перегрузку и переставала удерживать объекты в состоянии левитации.
Вместо магнитных или пневматических систем левитации, которые нуждаются в большом внешнем оборудовании, японские ученые применили акустическую левитацию – метод подъема объектов посредством звуковых волн. Такой подход позволил сохранить небольшие размеры устройства, что критически важно для миниатюрных решений. Проблема, связанная с позиционированием из-за проводов в акустических системах, была устранена благодаря беспроводной схеме управления.
«Акустическая левитация позволяет избежать трения о поверхность, однако существующие системы обычно требуют использования кабелей, что затрудняет точное позиционирование. Наша команда решила эту проблему, создав беспроводное левитационное устройство, которое обеспечивает постоянную высоту подъема и высокоскоростную транспортировку в любом направлении «, – пояснил один из авторов исследования, Оми Фучиваки, доцент Йокогамского национального университета.
Важным элементом конструкции является пьезоэлектрический актуатор, который осуществляет преобразование электрической энергии в механическую. Благодаря ему формируется тонкий слой жидкости между двумя поверхностями, обеспечивающий беспроводное перемещение без потерь на трение.
В последующих исследованиях планируется доработать устройство для применения в повседневной жизни. Приоритетными направлениями являются повышение устойчивости к внешним воздействиям и оптимизация работы на неровных поверхностях. Затем ученые собираются разработать робота для бесконтактной доставки, который будет оснащен несколькими левитационными модулями и системой управления движением.
Разработчики считают, что данная технология может оказаться незаменимой для перевозки деликатных грузов, например, биомедицинских клеток или микроскопических деталей.