Tutkijat tekivät läpimurron esineiden liikuttelussa musiikin avulla

Video: Quan Zhou

Aalto-yliopiston tutkijat ovat tehneet läpimurron onnistumalla liikuttelemaan hallitusti useita esineitä värähtelevän levyn päällä, yhden ainoan äänilähteen avulla. Soittamalla tarkkaan valittuja säveliä tutkijat pystyvät samanaikaisesti liikuttamaan esineitä valitsemiinsa eri suuntiin ja näin esimerkiksi kirjoittamaan eri kirjaimista koostuvia sanoja levyn päälle laitetuilla metallipaloilla.

Jo vuonna 1878 akustiikan isänä pidetty Ernst Chladni teki ensimmäiset kokeet, joissa hän liikutteli hiekkaa värähtelevällä levyllä. Chladni huomasi, että kun levy värähteli tietyllä taajuudella, esineet liikkuivat kohti taajuuden määrittämiä kohtia, solmuviivoja. Tähän asti vallitseva käsitys on ollut, että esineiden liike levyllä on ollut sattumanvaraista, ennen kuin esineet ovat saavuttaneet solmuviivojen paikan.

Tämä on varmaankin maailmanennätys siinä, kuinka monta itsenäistä liikettä voidaan hallita yhden äänilähteen avulla.

– Me osoitimme että liike on ennustettavaa myös solmuviivojen ulkopuolella. Kun esineiden ei tarvitse olla solmuviivalla, voimme paljon vapaammin hallita liikettä. Onnistuimme hallitsemaan samanaikaisesti ja silti toisistaan erillisesti jopa kuutta esinettä, vaikka käytimme vain yhtä äänilähdettä. Olemme hyvin innoissamme tuloksista – tämä on varmaankin maailmanennätys siinä, kuinka monta itsenäistä liikettä voidaan hallita yhden äänilähteen avulla, sanoo professori Quan Zhou.

Vesipisaroita, siemeniä ja makeisia

Tutkijat laittoivat ohjattavat esineet värähtelylevyn päälle ja kuvasivat niitä videokameran avulla. Tietokone totesi esineiden sijainnin ja valitsi soitettavan sävelen sen mukaan, mikä todennäköisemmin liikutti eri kohteita haluttuihin suuntiin. Sävelen soittamisen jälkeen tietokone tunnisti kohteen uuden sijainnin ja valitsi haluttujen liikesuuntien mukaan seuraavan sävelen. Tätä toistettiin niin kauan, että liikuteltavat kohteet saavuttivat reittinsä päätepisteen. Perättäiset sävelet muodostivat musiikin kaltaisen äänien ketjun.

Tutkijat liikuttelevat useita esineitä samanaikaisesti metallilevyllä soittamalla tarkasti valittuja säveliä. Kuva: Quan Zhou

Uudella menetelmällä on liikuteltu pieniä esineitä, kuten elektroniikkakomponentteja, vesipisaroita, kasvien siemeniä, makeisia ja metallikappaleita.

– Sovelluskohteita voisivat mielestämme olla mikroelekroniikkasirujen liikuttelu ja lajittelu, lääkepartikkeleiden syöttö farmaseuttisiin sovelluksiin sekä pienten nestemäärien käsittely laboratoriosiruissa, sanoo Zhou.

– Ajatusta voi soveltaa myös muille alueille, jossa värinä on osa ilmiötä. Tällä tekniikalla pitäisi olla mahdollista liikutella esimerkiksi veden pinnalla kelluvia esineitä aaltojen avulla.

Artikkeli: Quan Zhou, Veikko Sariola, Kourosh Latifi, Ville Liimatainen: Controlling the motion of multiple objects on a Chladni plate. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms12764

Lisätietoja:
Professori Quan Zhou
Aalto-yliopisto
puh. 040 855 0311
quan.zhou@aalto.fi