Reflective acoustic metamaterial for dynamic axial sub-wavelength field control in acoustic levitation
Acoustic levitation is a non-contact manipulation techniques used in a wide range of fields from biology, physics to medical research. The manipulation of levitated objects can be achieved by controlling the phase of each transducer in a phased array or by using reflective metamaterial. Reflective metamaterial is the acoustic analogy of spatial light modulators, and horizontal movement of the levitated object may be achieved by physical translation of the metamaterial itself. However, axial movement relative to the reflective metamaterial has not been enabled. Here, we propose a reflective metamaterial for dynamic sub-wavelength field control to realize the axial movement of the levitated object, using the property that levitation points are created at distances multiple of half of a wavelength relative to the reflector in a sound field with sufficient sound pressure. It was shown that by mounting the triangular prisms with multiple of half of a wavelength on a reflector and moving them horizontally, the object would rise/fall by the height of the prism. The simple design of reflectors using the properties of acoustic levitation, paves the way to expand the capability of reflective acoustic metamaterial. [Funded by Strategic Research Platform towards Digital Nature Powered by Pixie Dust Technologies, Inc.]
非接触技術の一つである音響浮揚は様々な領域で利用されています。浮揚体を操作するにはフェーズドアレイの位相を制御する、もしくは反射型メタマテリアルを用いる必要があります。反射型メタマテリアルは空間光変調器のアナロジーです。浮揚体の平行方向の移動はそのメタマテリアルの移動によって実現するが、反射板視点における軸方向の移動はこれまでに実現されていません。本研究では、浮揚体の軸方向の移動を実現するために、サブ波長の音場を制御する反射型メタマテリアルを提案します。これはトラップポイントが反射板から反波長ごとに作られる性質を利用しています。反波長の整数倍の高さをもつ三角柱を反射板に取り付けることで、その高さだけ浮揚体を上下できることが示されました。このシンプルな反射板のデザインは音響浮揚における反射型メタマテリアルの可能性を押し広げるでしょう。
Yusuke Koroyasu, Daichi Tagami, Takayuki Hoshi, Yoshiki Nagatani, Ochiai Yoichi, Tatsuki Fushimi