Wissenschaftler des UpnaLab im spanischen Pamplona haben kürzlich eine Technologie zur berührungslosen Montage von Objekten durch akustisches Schweben entwickelt. Hierfür untersuchten sie eine Reihe optimaler akustischer Felder, welche es ermöglichen, längliche Objekte wie etwa Stöcke vollständig hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung zu fixieren. Aus diesen Versuchen gewannen die Forscher schließlich Rückschlüsse über Fähigkeiten unterschiedlicher Ultraschall-Levitatoren zur dynamischen Manipulation besagter länglicher Objekte.
Kombination aus Algorithmen und Levitatoren
Konkret ist es hierbei die Kombination aus neuartigen Optimierungsalgorithmen und Levitatoren, welche eine Manipulation von Stöcken, Perlen und Tropfen zur Herstellung komplexer Objekte ermöglicht. Ein Systemprototyp, bestehend aus einem Roboterarm und einem Levitator, wird zurzeit daher für eine Reihe von Fertigungsprozessen getestet.
Was sich dabei vor allem zeigte war eine die Verringerung der Kreuzkontamination, ebenso wie die Möglichkeit, aus verschiedenen Winkeln und innerhalb geschlossener Räume auf Objekte zu bauen. Die Hoffnung der spanischen Forscher besteht dabei darin, neue Fertigungstechniken in Bereichen wie Mikrofertigung von elektromechanischen Komponenten anzustoßen oder sogar die additive Fertigung selbst zu revolutionieren.
Hintergründe der Levitation
Der eigentliche Hintergrund dieser neuen additiven Technologie klingt nahezu phantastisch, ist in der Wissenschaft jedoch bereits seit vielen Jahren bekannt: Kleine, leichte Objekte lassen sich mittels Ultraschall zum Schweben bringen. Der Trick hierbei besteht darin, Schallwellen zu erzeugen, die sich dergestalt überlagern, dass sich Knotenpunkte bilden, aus denen die millimetergroßen Objekte nur schwer entkommen können. Die einfachste Anordnung, die es ermöglicht, die Kontrolle über ein Objekt in lediglich einer Dimension zu erlangen, setzt einen einzigen Lautsprecher und einen zugehörigen Reflektor voraus.
Bessere Steuerung durch zusätzliche Lautsprecher
Diese Steuerungsmöglichkeiten lassen sich durch den Einsatz zusätzlicher Lautsprecher erweitern.
Um 2014/15 gelang es einem Team der Universität Tokio um Jun Rekimoto erstmals, einen Gegenstand durch akustische Levitation in allen 3 Raumdimensionen frei zu bewegen. Dies gelang den japanischen Forschern mit einer Anordnung spezieller Lautsprecher, sogenannter Phased Arrays.
Wenige Jahre später, 2017/18 waren es schließlich Ingenieure der Universität Bristol, denen es erstmals gelang, nachzuweisen, dass sich auch Objekte, die größer als die Wellenlänge des Schalls sind, in einem akustischen Feld stabil halten lassen. Damit äußerte sich nun auch das Tor für die Bewegungssteuerung von Medikamentenkapseln oder sogar für mikrochirurgische Eingriffe im menschlichen Körper. Der Schritt zur Verbindung von Levitation und 3D Druck ist also nichts anderes als eine logische Erweiterung dieses Prinzips.
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