चीनी वैज्ञानिकों ने सतह पर वस्तुओं को हिलाने के लिए उत्कीर्ण तरंगों का उपयोग किया

एक ऐसी मेज़ की कल्पना करें जो रेत के एक कण को पकड़ सके और उसे धीरे-धीरे गोल घुमा सके, फिर वही काम सैकड़ों गुना बड़े हल्के प्लास्टिक के टुकड़े के साथ कर सके — और यह सब बिना किसी यांत्रिक भुजा के किसी को भी छुए। चीनी विज्ञान अकादमी के ध्वनिकी संस्थान की एक टीम उस विचार के एक कदम और करीब पहुँच गई है, उन्होंने बहुत अलग आकार-पैमानों पर सतह पर वस्तुओं को नियंत्रित करने की एक विधि की सूचना दी है।

राज्य विज्ञान समाचार पत्र साइंस एंड टेक्नोलॉजी डेली द्वारा वर्णित यह कार्य उस पर केंद्रित है जिसे शोधकर्ता भँवर तरंगें कहते हैं। ये ऐसी तरंगें हैं जिनके अग्रभाग एक सर्पिल में मुड़ जाते हैं, जो वहन करती हैं जिसे भौतिकविद् कक्षीय कोणीय संवेग कहते हैं। स्नान के पानी के बहते भँवर के बारे में सोचें: घूमता प्रवाह तैरती वस्तुओं को गोल घुमा सकता है। ध्वनिक संस्करण में, ध्वनि-चालित तरंगें वही भूमिका निभाती हैं, सतह पर जो कुछ भी है उसे संवेग स्थानांतरित करती हैं।

नवाचार इस बात में है कि शोधकर्ता उस भँवर को कैसे बनाते हैं। तरंग को वास्तविक समय में आकार देने के लिए उत्सर्जकों की एक जटिल सरणी बनाने के बजाय, वे आवश्यक चरण जानकारी को सीधे एक पतली प्लेट की संरचना में एन्कोड करते हैं। तब प्लेट स्वयं ही मशीन बन जाती है। जब इसे चलाया जाता है, तो यह उस पर रखी वस्तुओं को फँसाने और आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक घुमावदार गति उत्पन्न करती है।

यह सरलता मायने रखती है। जटिल फेज़्ड एरेज़ महंगे, ऊर्जा-भूखे और छोटा करने में कठिन होते हैं। एक पैटर्न वाली प्लेट को पतला, सपाट और अपेक्षाकृत सस्ता बनाया जा सकता है, जिससे ऐसी सतहों का द्वार खुलता है जो चुपचाप छोटी चीज़ों को खिसकाती, घुमाती या जोड़ती हैं। टीम बताती है कि सब-मिलीमीटर कणों से लेकर सेंटीमीटर-स्तर की हल्की संरचनाओं तक की वस्तुओं को प्लेट पर पकड़ा जा सकता है और गोल घुमाया जा सकता है।

ध्वनिक हेरफेर प्रयोगशालाओं में पहले से ही परिचित है, जहाँ केंद्रित ध्वनि क्षेत्रों का उपयोग लंबे समय से बूँदों को हवा में तैराने और कोशिकाओं को स्थान पर धकेलने के लिए किया जाता रहा है। उस काम का अधिकांश हिस्सा तरल से भरे कक्षों में होता है। इसे सूखी सतह पर, आकारों की एक विस्तृत श्रृंखला में करना एक कठिन समस्या है और स्पष्ट व्यावहारिक आकर्षण वाली समस्या है।

संभावित उपयोग सटीक निर्माण और सूक्ष्म-रोबोटिक्स के लिए एक इच्छा-सूची की तरह पढ़े जाते हैं: छोटे इलेक्ट्रॉनिक हिस्सों की स्थिति निर्धारित करना, नाजुक पाउडरों को छाँटना, जैविक नमूनों को संदूषण के बिना स्थानांतरित करना, या एक सपाट मंच पर रेंगने और घूमने वाली लघु मशीनों को शक्ति देना। चूँकि बल पकड़ने वाले उपकरणों के बजाय तरंगों से आता है, नाजुक वस्तुओं को उन खरोंचों और कुचलने के बिना संभाला जा सकता है जो संपर्क उपकरण कभी-कभी पैदा करते हैं।

यह शोध तरंग-क्षेत्र हेरफेर की व्यापक छत्रछाया के अंतर्गत आता है, एक ऐसा क्षेत्र जो ध्वनिकी, प्रकाशिकी और यांत्रिकी को फैलाता है। वही भौतिकी जो प्रकाश चिमटियों को एक ही कोशिका पकड़ने देती है — 2018 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित कार्य — उसके ध्वनिक चचेरे भाई हैं जो बड़ी वस्तुओं पर काम करते हैं। चीनी टीम का योगदान आवश्यक तरंग संरचना उत्पन्न करने का एक सुसंहत, मापनीय तरीका है।

यह कार्य अभी भी प्रयोगशाला चरण में है, और एक पैटर्न वाली प्लेट को व्यावहारिक औद्योगिक उपकरण में बढ़ाना अपनी चुनौतियाँ लाएगा, जिनमें ऊष्मा, दक्षता और एक साथ कई वस्तुओं को नियंत्रित करने की आवश्यकता शामिल है। लेकिन दिशा स्पष्ट है। भुजाएँ बनाने के बजाय तरंगों को आकार देकर चीज़ों को हिलाने वाली सतहें एक दिन कारखानों, प्रयोगशालाओं और चिकित्सा उपकरणों के भीतर चुपचाप बैठ सकती हैं, बिना किसी गतिशील भाग के सटीक काम कर सकती हैं।