ריחוף אולטרסוני ויישומיו בתעשייה

ריחוף אולטרסוני / אקוסטי הוא אפשרות מוכחת בתעשייה לתמיכה ללא מגע בחומרים רגישים וקלי משקל, וכן לטיפול בדגימות ללא מגע. למדו עוד על ריחוף אולטרסוני ועל יישומיו בתעשייה ובמדע!

יישומים של ריחוף אולטרסוני

ריחוף אקוסטי הוא שיטה שהוכחה מדעית ואומצה בתעשייה לטיפול בחומרים ולמיקום דגימות ללא מגע. ריחוף אולטרסוני משמש כשיטת טיפול ללא מגע להנעה ולמיקום של פריטי עיבוד שבירים ובעלי פני שטח רגישים, כגון פרוסות, שבבים או לוחות זכוכית דקים, ללא פגיעה מכנית. הודות לטיפול בחומרים ובדגימות ללא מגע, ריחוף אולטרסוני מיושם ביישומים תעשייתיים, מדעיים ואנליטיים.
בתעשייה, ריחוף אולטרסוני משמש כשיטה אמינה לעיבוד ללא מגע וללא מכל של שבבים ושל עצמים קטנים ועדינים אחרים, העלולים להינזק אפילו ממגע פיזי קל. תחום יישום נוסף הוא טיפול בחומרים בעלי טוהר גבוה מאוד או במגיבים כימיים, שמכל היה משפיע עליהם.

בכימיה, טיפות מרחפות יכולות לשמש ככלי תגובה זעירים, המאפשרים לחוקרים לשלב ריאגנטים ולצפות בתגובות תוך הפחתת הזיהום מדפנות הכלי.
חוקרים במדע החומרים משתמשים בדגימות מרחפות כדי לחקור אידוי, התגבשות והיווצרות חלקיקים, ואילו חוקרים בתחום האנליטיקה יכולים לבחון דגימות מרחפות באמצעות שיטות אופטיות וספקטרוסקופיות.
מערכות ייעודיות לטיפול אקוסטי מסייעות גם בהעברת רכיבים שבירים, ובהם פרוסות סיליקון, שבבים וזכוכית דקה, תוך הפחתת הסיכון לנזק מכני.
עבור רובוטים נוזליים המשוריינים בחלקיקים (PBs), ריחוף אקוסטי מציע כיוון מחקר מבטיח: הובלת ריאגנטים מכומסים, קירוב טיפות זו לזו לצורך תגובות מבוקרות והעברת רובוטים בין תחנות עיבוד תוך מזעור המגע עם המשטחים שסביבם. קראו עוד על ריחוף אקוסטי של רובוטים נוזליים המשוריינים בחלקיקים!
 

עקרון הפעולה של ריחוף אולטרסוני

ריחוף אקוסטי מתאר הפעלת גלי אולטרסאונד על זורם, בדרך כלל גז (למשל אוויר). כאשר גל האולטרסאונד נע בגז, גל הקול מאזן את כוח הכבידה – וכתוצאה מכך עצמים יכולים לרחף באוויר ללא תמיכה. השפעה זו, שבה עצם מרחף בחופשיות בגל קול, מחייבת את תופעת הגל העומד. גל עומד נוצר כאשר שני גלים זהים המגיעים מכיוונים מנוגדים עוברים סופרפוזיציה זה עם זה. לכן, במערך ריחוף אקוסטי משתמשים במתמר אולטרסוני ליצירת גלי לחץ אורכיים, ומחזיר גלים בצד השני מחזיר את הגלים, כך שהגלים הזהים המגיעים משני הצדדים יכולים לחפוף וליצור גל עומד.

צמתים ונקודות קמר: גל הלחץ האורכי של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מאפשר ריחוף באוויר ללא מגע. לגלי אולטרסאונד עומדים כאלה יש צמתים מוגדרים. צומת הוא אזור הלחץ המזערי, ואילו נקודת קמר מוגדרת כאזור הלחץ המרבי. לצמתים של גל עומד יש תפקיד מרכזי בריחוף אקוסטי.
מתקני ריחוף אולטרסוניים פועלים באמצעות מיקום שדה הגל העומד מעל גשוש אולטרסוני (כלומר סונוטרודה) ושימוש במחזיר גלים.

ציוד לריחוף אולטרסוני

ל־Hielscher Ultrasonics ותק וניסיון רב בתכנון, בייצור ובהפצה של ציוד אולטרסאונד איכותי ובעל ביצועים גבוהים. לריחוף אקוסטי, Hielscher מציעה שני סוגים סטנדרטיים של מתקני ריחוף:
 

• UP100H – מתקן ריחוף בתדר 30kHz ובהספק 100 W
• UP400ST – מתקן ריחוף בתדר 24kHz ובהספק 400W
• UIP500hdT – מתקן ריחוף בתדר 20kHz ובהספק 500W

המעבד האולטרסוני UP400St הוא מערכת קומפקטית שבה המתמר והגנרטור משולבים במארז עמיד. מתקן הריחוף העוצמתי UIP500hdT, בהספק 500 ואט, כולל מתמר וגנרטור נפרדים. בזכות המתמר שלו, בעל דרגת ההגנה IP64, ה־UIP500hdT אידיאלי להתקנה בסביבות תובעניות.
ניתן להתקין מתקני ריחוף אולטרסוניים כיחידה בודדת או במקביל, והם מסוגלים לפעול בקווי עיבוד במהירות גבוהה ובתפוקה גבוהה.
לדרישות ספציפיות, Hielscher Ultrasonics מתכננת ומייצרת גם מתקני ריחוף מותאמים אישית וקנייניים.

ספרות / מקורות

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
• Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
• Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.