علماء صينيون يستخدمون موجات محفورة لتحريك الأجسام على سطح

تخيل طاولة قادرة على التقاط حبة رمل وجعلها تدور ببطء، ثم تفعل الشيء نفسه بقطعة بلاستيكية خفيفة أكبر منها بمئات المرات — كل ذلك دون أن يلمس أي ذراع ميكانيكي أياً منهما. اقترب فريق في معهد الصوتيات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم خطوة من هذه الفكرة، حيث أبلغ عن طريقة للتلاعب بالأجسام على سطح عبر مقاييس حجمية مختلفة جداً.

يركز العمل، الذي وصفته صحيفة العلوم الحكومية «ساينس آند تكنولوجي ديلي»، على ما يسميه الباحثون الموجات الدوامية. وهي موجات تتلوى جبهاتها في شكل حلزوني، حاملة ما يسميه الفيزيائيون الزخم الزاوي المداري. فكر في الدوامة عند تصريف ماء الحمام: يمكن للتدفق الدوار أن يدفع الأجسام الطافية في دوائر. في النسخة الصوتية، تلعب الموجات المدفوعة بالصوت الدور نفسه، ناقلة الزخم إلى أي شيء يستقر على السطح.

يكمن الابتكار في كيفية إنشاء الباحثين لتلك الدوامة. فبدلاً من بناء مصفوفة معقدة من الباعثات لتشكيل الموجة في الوقت الفعلي، يقومون بتشفير معلومات الطور المطلوبة مباشرة في بنية لوح رقيق. ثم يصبح اللوح نفسه هو الآلة. وعند تشغيله، ينتج الحركة الالتوائية اللازمة لاحتجاز ودفع الأجسام المستقرة عليه.

هذه البساطة مهمة. فالمصفوفات الطورية المعقدة مكلفة، وشرهة للطاقة، ويصعب تصغيرها. أما اللوح المنقوش فيمكن صنعه رقيقاً ومسطحاً وزهيداً نسبياً، مما يفتح الباب أمام أسطح تنقل أو تدير أو تجمع الأشياء الصغيرة بهدوء. ويذكر الفريق أن أجساماً تتراوح من جسيمات دون المليمتر حتى هياكل خفيفة بحجم السنتيمتر يمكن التقاطها وجعلها تتحرك في دوائر على اللوح.

التلاعب الصوتي مألوف بالفعل في المختبرات، حيث استُخدمت حقول الصوت المركزة منذ زمن طويل لتعويم القطرات ودفع الخلايا إلى مواضعها. وتحدث معظم هذه الأعمال في غرف مملوءة بالسوائل. أما القيام بذلك على سطح جاف، عبر نطاق واسع من الأحجام، فهو مشكلة أصعب وذات جاذبية عملية واضحة.

تبدو الاستخدامات المحتملة وكأنها قائمة أمنيات للتصنيع الدقيق والروبوتات الدقيقة: تحديد موضع أجزاء إلكترونية صغيرة، وفرز مساحيق حساسة، ونقل عينات بيولوجية دون تلوث، أو تشغيل آلات مصغرة تزحف وتدور على منصة مسطحة. ولأن القوة تأتي من الموجات لا من الملاقط، يمكن التعامل مع العناصر الهشة دون الخدوش والسحق التي تسببها أدوات التلامس أحياناً.

يندرج البحث تحت المظلة الأوسع للتلاعب بالحقول الموجية، وهو مجال يمتد عبر الصوتيات والبصريات والميكانيكا. فالفيزياء نفسها التي تتيح للملاقط الضوئية الإمساك بخلية واحدة، وهو عمل نال جائزة نوبل عام 2018، لها أقارب صوتية تعمل على أجسام أكبر. ومساهمة الفريق الصيني هي طريقة مدمجة وقابلة للتوسع لتوليد البنية الموجية اللازمة.

لا يزال العمل في مرحلة المختبر، وسيجرّ توسيع اللوح المنقوش ليصبح أداة صناعية عملية تحدياته الخاصة، بما في ذلك الحرارة والكفاءة والحاجة إلى التحكم في أجسام كثيرة في وقت واحد. لكن الاتجاه واضح. فالأسطح التي تحرك الأشياء عبر تشكيل الموجات بدلاً من بناء الأذرع قد تستقر يوماً بهدوء داخل المصانع والمختبرات والأجهزة الطبية، لتؤدي عملاً دقيقاً دون أي أجزاء متحركة على الإطلاق.