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Eine neuartige Technologie zur berührungslosen Montage von Objekten durch akustisches Schweben hat ein Team des UpnaLab im spanischen Pamplona haben kürzlich entwickelt. Konkret ging es dabei darum, die Möglichkeiten der Levitation mit denjenigen der additiven Fertigung zu verbinden.
Zu diesem Zweck untersuchten die Forscher eine Reihe optimaler akustischer Felder, welche es ermöglichen, längliche Objekte, wie etwa Stöcke, vollständig hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung zu fixieren. Die aus diesen Versuchen gewonnenen Erkenntnisse erlaubten den Forschern Rückschlüsse über Fähigkeiten unterschiedlicher Ultraschall-Levitatoren zur dynamischen Manipulation besagter länglicher Objekte.
Eine Verbindung von Algorithmen und Levitatoren
Die Kombination aus neuartigen Optimierungsalgorithmen und Levitatoren, mit deren Hilfe eine Manipulation von Stöcken, Perlen und Tropfen zur Herstellung komplexer Objekte möglich wird, steht hierbei im Zentrum des Interesses. Aus einem Roboterarm und einem Levitator besteht ein Systemprototyp, der zurzeit für eine Reihe von Fertigungsprozessen getestet wird.
Vor allem zeigte sich hierbei eine Verringerung der Kreuzkontamination, ebenso wie die Möglichkeit, aus verschiedenen Winkeln und innerhalb geschlossener Räume auf Objekte zu bauen. Das eigentliche Ziel besteht dabei darin, neue Fertigungstechniken in Bereichen wie Mikrofertigung von elektromechanischen Komponenten anzustoßen oder sogar den 3D Druck selbst zu revolutionieren.
Hintergründe der Levitation
Das Phänomen der Levitation klingt nahezu phantastisch, ist in der Wissenschaft jedoch bereits seit vielen Jahren bekannt: Mittels Ultraschall lassen sich kleine, leichte Objekte zum Schweben bringen. Dies gelingt, indem man Schallwellen erzeugt, welche die sich dergestalt überlagern, dass sich Knotenpunkte bilden, aus denen die millimetergroßen Objekte nur schwer entkommen können. Die einfachste Anordnung, welche es ermöglicht, die Kontrolle über ein Objekt zumindest in einer Dimension zu erlangen, setzt einerseits einen einzigen Lautsprecher, andererseits einen zugehörigen Reflektor voraus.
Zusätzliche Lautsprecher verbessern die Steuerung
Durch den Einsatz zusätzlicher Lautsprecher lassen sich die Steuerungsmöglichkeiten entscheidend erweitern.
Erstmals gelang es einem Team der Universität Tokio um Jun Rekimoto 2014/15 einen Gegenstand durch akustische Levitation in allen 3 Raumdimensionen frei zu bewegen. Erfolgt war dieser Schritt mit einer Anordnung spezieller Lautsprecher, sogenannter Phased Arrays.
2017/18 waren es schließlich Ingenieure der Universität Bristol, denen es erstmals gelang, nachzuweisen, dass sich auch Objekte, welche größer als die Wellenlänge des Schalls sind, in einem akustischen Feld stabil halten lassen. Der entscheidende Schritt in Richtung Bewegungssteuerung von Medikamentenkapseln oder sogar für mikrochirurgische Eingriffe im menschlichen Körper war damit gemacht.
Was liegt also näher als die Prinzipien von Levitation und 3D Druck miteinander zu verbinden?
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