【工学】3Dプリンターで作る音響ホログラム
Nature
液体中や空中の物体を触らずに操作するための複雑な3次元音場（音響ホログラム）を作り出す新しい方法について報告する論文が、今週掲載される。
この論文では、3Dプリンターで作ったプラスチック板を超音波スピーカーの前面に設置して、現行の技術で作られた場合の100倍複雑な音場を低コストで短時間に作り出す方法が説明されている。この方法は、医療イメージングの向上に役立ち、超音波の新たな用途を生み出すことが期待されている。
液体中や空中の物体を物理的に接触せずに操作するために音波（特に超音波）を利用することができる。しかし、現行の方法では、通常、スピーカーに似たトランスデューサー（電気信号を音に変換するデバイス）のアレイを使わなければならず、それを注意深く接続し、制御して目的の3次元音場を形成する必要がある。また、トランスデューサーの大きさには制限があり、作り出せる音場の複雑度にも限界がある。
今回、Peer Fischerたちは、3Dプリンターでプラスチック板（音響ホログラム）を作製した。この音響ホログラムを1台のトランスデューサーの前面に設置すると、音波を変化させて目的の音場を作り出すことができる。Fischerたちは、このシステムを用いて、水中に懸濁している微小粒子を強制的に収斂させて「平和のハト」に似た像を作り出した。また、Fischerたちは、液体中で物体を特定の経路に沿って移動させ、液滴を空中に浮遊させるためにこのシステムを利用できることも明らかにして、この音響ホログラムによって超解像イメージング、局部加熱と個別化医療に適切な複雑な音場を迅速に作り出すことが可能になるという考えを示している。
A new method for creating complex sound fields in three dimensions to manipulate objects in liquids and air without touching them - acoustic holograms - is reported in a paper published in this week’s Nature.
The study describes a fast and cheap approach that utilizes a 3D-printed plastic plate placed in front of an ultrasound speaker to create sound fields that are 100 times more complex than those produced by current techniques, and may help improve medical imaging and drive new applications of ultrasound.
Sound, and ultrasound in particular, can be used to manipulate objects in liquid and air without physically contacting the objects. However, current approaches typically require arrays of speaker-like devices called transducers (which convert electrical signal into sound) that need to be carefully connected and controlled to shape the desired sound field in 3D, and are limited in the size and complexity of the field they can produce.
Peer Fischer and colleagues use a 3D printer to create a plastic plate - an acoustic hologram - that, when placed in front of a single transducer, alters the sound waves to create the desired sound field. They use the system to force microparticles suspended in water to converge into a ‘dove of peace’-like image. They also show the system can be used to move objects along a specific path in liquid, and to suspend drops of liquid in air. The authors suggest that their acoustic holograms enable the rapid fabrication of complex sound fields that are appropriate for super-resolution imaging, selective heating, and personalized medicine.
doi: 10.1038/nature19755
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