Parfois, les films de science-fiction sont annonciateurs d’un avenir pas trop lointain. Nous voyons constamment les technologies passer de l’écran à la vie quotidienne. Cela pourrait très bien être la réalité d’une nouvelle méthode qui utilise des ondes ultrasonores pour déplacer des objets sans les toucher.
Pour les plus matures, le rayon tracteur vu sur l’USS Enterprise leur viendra sûrement à l’esprit, ou encore la force invisible de Dark Vador dans la saga Star Wars. Cependant, au-delà de la fantaisie, ce qui se cache derrière n’est que de la science.
Un groupe de chercheurs de l’Université du Minnesota Twin Cities a réussi à déplacer des objets sans contact avec les mains ou tout autre outil conventionnel. Cela peut ressembler à de la science-fiction, mais son secret n’a pas grand-chose à voir avec l’univers fascinant de Roddenberry, l’homme qui a créé Star Trek, le capitaine James T. Kirk, Spock, parmi tant d’autres. En fait, derrière cette « magie », se cachent des ondes ultrasonores.
Leurs découvertes viennent d’être dévoilées chez Nature Communications.
Le fait que nous puissions utiliser des ondes lumineuses ou sonores pour manipuler des objets n’est pas nouveau. Les scientifiques l’ont déjà prouvé auparavant, mais avec de petits échantillons et certaines particularités, telles que la capacité de manipuler des objets de l’ordre du millimètre ou du nanomètre.
Maintenant, l’équipe de l’Université du Minnesota est allée plus loin et a développé une méthode qui permet de déplacer des objets plus gros. La clé est encore une fois dans la physique, loin des domaines de la fantaisie : pour être plus précis, elle réside dans les principes de la physique des métamatériaux.
Nous savons depuis longtemps que les ondes, la lumière et le son peuvent manipuler les objets. Ce qui distingue notre recherche, c’est que nous pouvons manipuler et coincer des objets beaucoup plus grands si nous faisons de leur surface une surface métamatérielle ou une « méta-surface ».
Explique Ognjen Ilic, auteur principal de l’étude et professeur à la Minnesota School of Science and Engineering.
Comme le détaille Ilic, l’équipe, dans son test, a tiré parti des métamatériaux, des matériaux conçus avec la manière dont ils répondraient aux ondes lumineuses ou sonores. C’est le motif qu’ils ont recréé sur la surface de l’objet de test qui leur a permis de le déplacer sans contact.
L’une des particularités les plus fascinantes de la technique décrite par l’équipe est qu’elle ne se contente pas de repousser des éléments, mais de les faire avancer. À la manière de l’USS Enterprise ou de Yoda lui-même, les enquêteurs ont pu les tirer vers la source.
En utilisant des métaphores, l’Université du Minnesota elle-même souligne sa similitude avec le rayon tracteur de Star Trek. Ils ne sont pas les premiers à pointer dans cette direction : d’autres équipes se sont précédemment vantées de leur progression vers un modèle similaire.
Des chercheurs ont découvert une nouvelle méthode pour déplacer des objets à l’aide d’ondes ultrasonores. La recherche a été soutenue par @umn_mnri et le programme AFRL/AFOSR X. @AFResearchLab @UMNews #Recherche basique #Découverte #AFOSRBoldResearch #Métamatériaux #La physique https://t.co/TO4sDJzNZm
— AFOSR (@AFOSR) 10 décembre 2022
Comme le rapporte l’article dans Nature :
Nous montrons que la limite intrinsèque peut être dépassée pour les ondes acoustiques avec des surfaces structurées sous la longueur d’onde (méta-surfaces), où la force devient contrôlable par la disposition des caractéristiques de surface, indépendamment de la forme générale et de la taille de l’objet.
Cet article de la revue scientifique détaille comment la méta-surface a permis des « phénomènes d’actionnement complexes » tels que la direction des ondes acoustiques ou le faisceau de dérive, où un objet de la méta-surface est entraîné par l’onde.
La manipulation sans contact est un domaine de recherche brûlant en optique et en électromagnétisme, mais cette recherche propose une méthode qui offre des avantages que d’autres techniques ne peuvent pas.
Matthew Stein, un autre des auteurs de l’étude, a mentionné.
L’ouvrage se veut, en fait, une « preuve de concept », un chapitre d’une enquête encore plus vaste. L’équipe poursuivra les tests de fréquences d’ondes plus élevées et de divers matériaux et tailles.
La recherche est soutenue par le Minnesota Robotics Institute et le Air Force Office of Scientific Research. Comme le souligne l’université elle-même, au-delà de la théorie, leurs travaux « ouvrent la porte » à la manipulation sans contact dans certaines industries, dont la robotique, en permettant aux appareils de se déplacer sans source d’alimentation intégrée.
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