การลอยตัวด้วยเสียงสำหรับหุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาค
หุ่นยนต์เหลวที่มีชั้นผิวจากอนุภาคเป็นเครื่องจักรแบบนุ่มที่ทำงานด้วยแรงจากสนาม แทนที่จะเป็นหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่แข็งตัว ตัวเครื่องเหลวของมันสามารถเปลี่ยนรูปทรง ไหลผ่านสิ่งกีดขวาง ห่อหุ้มวัตถุที่เข้ากันได้ และรวมตัวกับวัตถุข้างเคียง ในขณะที่ชั้นผิวจากอนุภาคช่วยป้องกันไม่ให้ของเหลวสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม การศึกษาในวารสาร Science Advances ปี 2025 ที่แนะนำ Particle-armored liquid roBot หรือ PB ได้ใช้ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก Hielscher UP400S (400 W, 24 kHz) พร้อมโซโนโทรดขนาด 22 มม. เพื่อสร้างแรงรังสีเสียงจากระยะไกล แรงดังกล่าวผลักและกลิ้ง PB ให้เคลื่อนที่บนพื้นผิวทั่วไป; ตัวแปลงสัญญาณถูกเอียง 10 องศาสำหรับงานนำทาง และตั้งในแนวตั้งสำหรับการรวมตัว
จากระบบขับเคลื่อนด้วยเสียงสู่ระบบแขวนด้วยเสียง
การลอยตัวด้วยเสียงที่แท้จริงเปลี่ยนเงื่อนไขขอบเขต แทนที่จะใช้คลื่นก้าวหน้าเพื่อเอาชนะแรงต้านการกลิ้ง คู่โซโนโทรด-รีเฟลกเตอร์ที่ทำงานตรงกันข้ามจะสร้างสนามความดันคงที่ซึ่งรองรับหุ่นยนต์ให้ลอยตัวเหนือแรงโน้มถ่วง การกำจัดพื้นออกไม่เพียงแต่ขจัดจุดสัมผัสกับวัตถุแข็ง แต่ยังขจัดแรงเสียดทานที่ช่วยเปลี่ยนแรงเสียงให้เป็นแรงการกลิ้งด้วย ดังนั้น เครื่องจักรที่ใช้งานได้จริงจึงจำเป็นต้องมีสองฟังก์ชัน: กับดักแนวตั้งเพื่อสร้างแรงยก และคลื่นความชันหรือคลื่นก้าวหน้าที่สามารถควบคุมได้อย่างอิสระเพื่อสร้างการเคลื่อนที่ในแนวราบ ผลลัพธ์นี้สามารถมองได้ดีที่สุดว่าเป็นเซลล์ทำงานแบบไฮบริดด้วยเสียง ซึ่งมีโหมดการลอยตัว การบังคับทิศทาง การรวมตัว และการจอดเทียบท่า
ค้นพบว่าระบบอัลตราโซนิก Hielscher ที่ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำสามารถช่วยให้หุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคสามารถลอยตัวแบบไม่สัมผัสได้อย่างไร ติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้านอัลตราโซนิกของเราเพื่อปรึกษาเกี่ยวกับการทดสอบแนวคิดของคุณ
เครื่องลอยตัวด้วยคลื่นเสียง UP400St (400W, 24kHz) ที่ทำให้อนุภาคลอยตัวอยู่กลางอากาศ
หลักการทำงานของการลอยตัวด้วยคลื่นเสียง
การลอยตัวด้วยคลื่นเสียงใช้แรงรังสีเสียงเพื่อทำให้วัตถุลอยตัวโดยไม่มีการสัมผัสทางกล ในเครื่องลอยตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแบบทั่วไป โซโนโทรดจะส่งคลื่นเสียงความถี่สูงไปยังตัวสะท้อนที่อยู่ตรงข้าม คลื่นเสียงที่ตกกระทบและคลื่นเสียงที่สะท้อนจะเกิดการแทรกสอดกันจนก่อให้เกิดคลื่นนิ่งที่มีจุดความดันสูงสุดและจุดความดันต่ำสุดสลับกัน หุ่นยนต์ของเหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคซึ่งวางอยู่ใกล้จุดนิ่งที่เสถียร จะได้รับแรงอะคูสติกเฉลี่ยตามเวลาที่ต้านแรงโน้มถ่วง ในขณะที่ความชันของความดันจะคืนค่าการเคลื่อนที่เล็กน้อยและทำให้หุ่นยนต์ถูกกักไว้ ระยะห่างของตัวสะท้อน ความถี่อะคูสติก และแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนต้องถูกปรับให้เหมาะสมกับขนาด มวล และรูปทรงของหุ่นยนต์ การใช้ฮอร์นเพิ่มเติมหรือการควบคุมการเคลื่อนที่ของสนามเสียงสามารถช่วยให้เกิดการบังคับเลี้ยวด้านข้าง การหมุน และการเชื่อมต่อได้ ต่างจากปรากฏการณ์คาวิเทชันทางเสียง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการยุบตัวของฟองอากาศภายในของเหลว การลอยตัวด้วยเสียงนั้นพึ่งพาหลักๆ ที่แรงดันรังสีที่ส่งผ่านอากาศรอบข้าง อย่างไรก็ตาม ควรหลีกเลี่ยงความดันเสียงที่มากเกินไป เนื่องจากอาจทำให้แกนของเหลวผิดรูป ทำให้อนุภาคเกราะหลุดออก หรือทำให้หุ่นยนต์ไม่เสถียร
การลอยตัวเป็นกลไกการยก
ในเครื่องยกตัวแบบอากาศ-คูเปิล แรงที่ต้องการคือแรงรังสีเสียงที่เฉลี่ยตามเวลา ซึ่งเกิดจากการกระเจิงและการดูดซับของสนามเสียง ตัวสะท้อนส่งคลื่นที่ตกกระทบกลับไปยังฮอร์น และคลื่นทั้งสองเกิดการแทรกสอดกันเพื่อสร้างจุดนิ่งและจุดสั่น วัตถุขนาดมิลลิเมตรที่มีความหนาแน่นสูงในอากาศสามารถถูกกักไว้ใกล้จุดนอดความดันที่เสถียรได้ เมื่อแรงรังสีเสียงที่พุ่งขึ้นสมดุลกับน้ำหนักของมัน และแรงความชันช่วยคืนค่าการเคลื่อนที่เล็กน้อย ส่วนปรากฏการณ์คาวิเทชัน (cavitation) เกิดขึ้นภายในของเหลว เมื่อวงจรความดันลบสร้างฟองอากาศ ทั้งสองปรากฏการณ์สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ก็ต่อเมื่อมีพลังงานเสียงเพียงพอเข้าสู่หยดของเหลว แต่ไม่ควรนำทั้งสองปรากฏการณ์นี้มาปะปนกัน
การลอยตัวแบบอะคูสติกของทรงกลมแข็งขนาดเล็กที่โหนดความดันของคลื่นนิ่งระนาบที่สร้างขึ้นระหว่างทรานสดิวเซอร์/ตัวลอยและตัวสะท้อนแสง
(การศึกษาและรูปภาพ: © Andrade et al. 2018)
หุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคคืออะไร?
ลูกแก้วเหลวแบบดั้งเดิมคือหยดน้ำที่ถูกเคลือบด้วยผงที่กันน้ำ แรงแคปิลารีช่วยยึดอนุภาคไว้ที่ผิวสัมผัสระหว่างของเหลวกับก๊าซ และการจัดเรียงตัวใหม่ของอนุภาคทำให้ผิวมีลักษณะตอบสนองคล้ายเปลือก แนวคิด PB เสริมความแข็งแรงให้กับโครงสร้างดังกล่าวโดยการบรรจุอนุภาคในปริมาณที่มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญต่อหน่วยปริมาตรของเหลว ในกระบวนการผลิตที่รายงานไว้ ตัวต้นแบบน้ำแข็งรูปทรงลูกบาศก์ถูกเคลือบด้วยอนุภาค PTFE แบบแผ่นบาง ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของระนาบฐานอยู่ที่ 34 ไมโครเมตร เมื่อน้ำแข็งละลายและหดตัว อนุภาคเหล่านี้จึงอัดตัวกันเป็นชั้นที่หนาแน่นและกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอรอบแกนน้ำรูปทรงรี
สำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ศึกษา PBs มีมวลอนุภาคมากกว่าลูกแก้วเหลวแบบดั้งเดิมประมาณ 59% โดยมีอัตราความแน่นที่รายงานไว้คือ 0.983 แทนที่จะเป็น 0.956 เมื่อปริมาณของเหลวอยู่ที่ 75 มิลลิลิตร ลูกแก้วที่มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างใกล้ 1.55 ให้ค่าความต้านทานการบีบอัดสูงสุดที่วัดได้; แรงบีบอัดสูงสุดของมันสูงกว่าลูกแก้วของเหลวที่ใช้เปรียบเทียบถึง 252% รูปทรงที่เรียวเกินไปจะทำให้ด้านข้างอ่อนแอลง ดังนั้นการเพิ่มชั้นเกราะหรือการยืดตัวมากขึ้นจึงไม่ได้หมายความว่าจะดีกว่าโดยอัตโนมัติ
การมีอนุภาคผิวที่เคลื่อนที่ได้ในปริมาณสำรองนี้ ทำให้ PB สามารถทนต่อการเพิ่มขึ้นชั่วคราวของพื้นที่ผิวระหว่างเฟสได้ หุ่นยนต์ที่รายงานไว้สามารถบีบตัวผ่านกลุ่มเสาไฮโดรฟิลิก กลืนลูกแก้วไฮโดรฟิลิก รวมตัวกันภายใต้แรงเสียงแนวตั้ง ลื่นผ่านผิวน้ำ ขนส่งสารทดลอง และปล่อยเนื้อหาภายในออกมาเมื่อสารลดแรงตึงผิวทำให้เกราะแตก คำว่า "โรบอต" ในที่นี้หมายถึงวัตถุที่ได้รับการควบคุมจากภายนอกและสามารถปฏิบัติภารกิจได้; PB ไม่มีอุปกรณ์ขับเคลื่อน เซ็นเซอร์ หรือแหล่งพลังงานติดตั้งอยู่ภายใน
หุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาค
การวิจัยและภาพ: ©Jeon et al., 2025
เครื่องลอยตัวด้วยคลื่นเสียง UP400St ความสามารถ 400 วัตต์ สามารถทำให้อนุภาคขนาดเล็กลอยตัวอยู่ที่จุดความดันที่เสถียร ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการกำหนดตำแหน่งด้วยคลื่นเสียงอย่างแม่นยำโดยไม่มีการสัมผัสกับพื้นผิว
ทำไมการลอยตัวด้วยคลื่นเสียงจึงมีประโยชน์ต่อหุ่นยนต์น้ำ
มันช่วยขจัดส่วนต่อประสานทางกลที่ก่อปัญหาที่สุด
การเคลื่อนที่บนพื้นผิวทำให้หุ่นยนต์เหลวต้องเผชิญกับแรงเสียดทาน ความขรุขระ การยึดติด การปนเปื้อน และสภาพการเปียกที่คาดการณ์ไม่ได้ การลอยตัวแทนที่การสัมผัสดังกล่าวด้วยสนามที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ วิธีนี้สามารถรักษาชั้นเปลือกอนุภาคที่บอบบาง ป้องกันการสูญเสียสินค้าที่มีความบริสุทธิ์สูง และทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนผ่านช่องว่างหรือพื้นผิวที่อาจทำให้หยดน้ำติดค้างได้ นอกจากนี้ ยังทำให้วิธีการนี้สามารถใช้งานร่วมกับสินค้าที่มีประจุไฟฟ้าเป็นกลางและไม่เป็นแม่เหล็กได้ ดังนั้น ชั้นเกราะจึงไม่จำเป็นต้องเติมสารเติมแต่งที่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก
มันสร้างไมโครรีแอคเตอร์แบบไม่มีภาชนะ
PB ที่ถูกแขวนลอยนั้นเป็นทั้งบรรจุภัณฑ์ที่เคลื่อนที่ได้และภาชนะปฏิกิริยาขนาดเล็ก การใช้กับดักหลายตัวสามารถแยกสารปฏิกิริยาออกจากกันได้ ส่วนการเคลื่อนไหวที่ควบคุมได้จะช่วยให้หุ่นยนต์สัมผัสกันเพื่อเริ่มกระบวนการรวมตัว การศึกษาเกี่ยวกับการลอยตัวด้วยคลื่นเสียงบนลูกแก้วเหลวแบบดั้งเดิมได้แสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถควบคุมการเปิดเปลือก การรวมตัว และปฏิกิริยาตัวบ่งชี้ที่ถูกกระตุ้นได้ เปลือก PB ที่แข็งแรงขึ้นควรขยายช่วงการควบคุมที่สามารถใช้งานได้ แม้ว่าข้อได้เปรียบเฉพาะนี้ยังต้องได้รับการวัดในสภาพลอยตัวกลางอากาศ
มันช่วยให้สามารถใช้โหมดการวัดและโหมดการถ่ายโอนแบบใหม่ได้
ด้วยระบบสนับสนุนแรงโน้มถ่วงทางเสียง กล้องสามารถวัดการเปลี่ยนรูปอิสระ การโค้งงอของเปลือก การหมุน และการระเหยได้โดยไม่จำเป็นต้องมีจุดสัมผัส อุปกรณ์นี้สามารถควบคุม PB ให้ทำงานในสามสภาพแวดล้อมการทำงาน: ลอยตัวเพื่อการขนส่งที่สะอาด, ติดกับพื้นผิวเพื่อเจาะหรือรับสินค้า, และกลับสู่กับดักเพื่อปฏิกิริยาหรือการตรวจสอบ ลำดับการทำงานแบบไฮบริดนี้ช่วยรักษาพฤติกรรมที่แข็งแกร่งที่สุดของ PB บนพื้นผิวตามที่ได้กล่าวไว้ในบทความ พร้อมทั้งเพิ่มชั้นการถ่ายโอนแบบไม่สัมผัส
การลอยตัวไม่ได้หมายความว่าจะอ่อนโยนโดยอัตโนมัติ ความดันเสียงสูงสามารถทำให้หยดน้ำแบนลง กระตุ้นการไหลเวียนภายใน ทำให้ของเหลวร้อนขึ้น แยกอนุภาคออก หรือทำให้พื้นผิวระหว่างของเหลวและอากาศกลายเป็นละอองได้ ช่วงการทำงานที่เหมาะสมอยู่ระหว่างความดันต่ำสุดที่จำเป็นเพื่อกักเก็บ PB และสัญญาณแรกของการจัดเรียงตัวของเปลือกที่ไม่สามารถกลับคืนได้ ช่วงดังกล่าวต้องถูกกำหนดสำหรับทุกการผสมผสานของปริมาตร อัตราส่วนความยาวต่อความกว้าง ของเหลวแกนกลาง และวัสดุชั้นป้องกัน
เครื่องลอยตัวด้วยคลื่นเสียง UP100H สามารถทำให้หยดของเหลวลอยตัวในสนามคลื่นอัลตราโซนิกที่คงที่ เพื่อการจัดการแบบไม่สัมผัส
จุดเด่นของเครื่องเลวิเทเตอร์อัลตราโซนิก Hielscher
สายการทดลองโดยตรง
ใช้ประโยชน์จากจุดเริ่มต้นที่ได้รับการยืนยันแล้ว ซึ่งเผยแพร่โดย Jeon และคณะ (2025) การศึกษา PB ได้ใช้เครื่อง Hielscher UP400S ที่ความถี่ 24 kHz และกำลัง 400 W พร้อมโซโนโทรดขนาด 22 mm การเปลี่ยนมาใช้รุ่นดิจิทัล UP400St ยังคงรักษาคลาสกำลัง-ความถี่ตามค่าชื่อเดิมไว้ พร้อมทั้งเพิ่มระบบควบคุมสมัยใหม่ การตั้งค่าที่สามารถโปรแกรมได้ และการบันทึกข้อมูล ซึ่งช่วยลดความไม่แน่นอนในช่องควบคุมคลื่นก้าวหน้า แม้ว่าช่องว่างคลื่นสถิตจะยังคงเป็นระบบย่อยใหม่
มีช่วงการสั่นสูง พร้อมความสามารถในการปรับแต่งที่ใช้งานได้จริง
เครื่องโซนิเคเตอร์ UP400St สามารถทำให้อนุภาคของแข็งและของเหลวลอยตัวได้อย่างน่าเชื่อถือ โซโนโทรดสามารถสร้างการเคลื่อนที่ได้ถึง 118 ไมโครเมตร เมื่อตั้งค่าที่ 100% UP400St ให้การปรับแอมพลิจูดได้ตั้งแต่ 20% ถึง 100% การทำงานแบบช่วงเวลาที่ตั้งโปรแกรมได้ การปรับความถี่อัตโนมัติ และตัวเลือกโซโนโทรดต่าง ๆ รวมถึงรุ่นไทเทเนียมขนาด 22 มม. ที่ใช้ในงานวิจัยของ Jeon et al., 2025 การรวมคุณสมบัติเหล่านี้ช่วยสนับสนุนการสร้างแผนที่ค่าขีดจำกัด (threshold mapping), การปรับความแรงแบบค่อยเป็นค่อยไป (gentle ramps) และพัลส์ที่สามารถทำซ้ำได้ แทนที่จะใช้จุดทำงานแบบเปิด/ปิดเพียงจุดเดียว
ระบบวัดและควบคุมอัตโนมัติ
UP400St บันทึกค่าความสูง ความแรง เวลา และอุณหภูมิลงในบัตร SD และสามารถติดตามหรือควบคุมได้ผ่านอินเทอร์เฟซเบราว์เซอร์ คุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับเครื่องเลวิเทเตอร์แบบวิจัย เนื่องจากความเสถียรทางเสียงมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางอุณหภูมิ รูปทรง และแรงโหลด การตั้งค่าที่บันทึกไว้สามารถซิงโครไนซ์กับข้อมูลตำแหน่งและการเปลี่ยนรูปที่ได้จากกล้อง เพื่อสร้างแผนที่การทำงานที่สามารถทำซ้ำได้
เส้นทางจากต้นแบบสู่การติดตั้งที่มั่นคง
เครื่องเลวิเทเตอร์ของ Hielscher สามารถติดตั้งได้ทั้งแบบเดี่ยวหรือแบบขนาน; นอกจากนี้ ยังมีเครื่องเลวิเทเตอร์ที่ออกแบบตามความต้องการของลูกค้าตามคำขอ UIP500hdT แยกเครื่องกำเนิดและทรานสดิวเซอร์ออกจากกัน และใช้ทรานสดิวเซอร์ที่มีระดับการป้องกัน IP64 ซึ่งมีความน่าสนใจเมื่อตู้เครื่องต้องทนต่อความชื้นหรือการแตกหักของหุ่นยนต์โดยไม่ได้ตั้งใจ ข้อมูลเหล่านี้เป็นคำกล่าวอ้างของผู้ผลิต และควรตรวจสอบให้ตรงกับสเปกที่เสนอไว้อย่างแม่นยำ
สำหรับเทคโนโลยีการลอยตัวด้วยคลื่นเสียง Hielscher มีเครื่องลอยตัวแบบมาตรฐานสามประเภท:
ยก Liquid Robots ของคุณได้อย่างเชื่อถือได้ด้วยเทคโนโลยีการลอยตัว!
คำถามที่มักถูกถามเกี่ยวกับเทคโนโลยีการลอยตัวด้วยเสียงและหุ่นยนต์ในของเหลว
การลอยตัวด้วยคลื่นเสียงคืออะไร?
การลอยตัวด้วยเสียง (Acoustic levitation) เป็นวิธีการลอยตัวและจัดตำแหน่งวัตถุโดยไม่สัมผัส โดยใช้คลื่นเสียง เครื่องส่งคลื่นอัลตราโซนิกและเครื่องสะท้อนคลื่นจะสร้างคลื่นความดันแบบคงที่ และแรงรังสีเสียงที่เกิดขึ้นสามารถสมดุลกับแรงโน้มถ่วงและยึดวัตถุไว้ใกล้จุดความดันที่เสถียร
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการลอยตัวด้วยคลื่นเสียงและการนำไปใช้!
เครื่องลอยตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกทำงานอย่างไร?
เครื่องลอยตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกจะส่งคลื่นเสียงความถี่สูงจากโซโนโทรดไปยังตัวสะท้อนที่อยู่ตรงข้าม คลื่นที่ตกกระทบและคลื่นที่สะท้อนจะเกิดการแทรกสอดกันจนก่อให้เกิดจุดนิ่งและจุดสั่น เมื่อปรับความดันเสียง ระยะห่างระหว่างตัวสะท้อน และตำแหน่งของวัตถุให้เหมาะสมแล้ว อนุภาคหรือหยดน้ำสามารถถูกกักไว้ที่จุดนิ่งที่เสถียรได้
หุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคคืออะไร?
หุ่นยนต์ของเหลวที่มีเกราะอนุภาค คือร่างกายของเหลวที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ ซึ่งถูกหุ้มด้วยชั้นเปลือกที่ประกอบด้วยอนุภาคที่กันน้ำและจัดเรียงอย่างหนาแน่น เกราะนี้ช่วยจำกัดการเปียกของของเหลว และช่วยให้หุ่นยนต์รักษาเนื้อหาภายในไว้ได้ขณะเคลื่อนที่ เปลี่ยนรูป รวมตัวกับหยดของเหลวอื่น หรือขนส่งสิ่งของที่มีน้ำหนักเบา
หุ่นยนต์ของเหลวที่มีเกราะอนุภาคแตกต่างจากลูกแก้วของเหลวอย่างไร?
ทั้งสองระบบประกอบด้วยของเหลวที่ถูกล้อมรอบด้วยอนุภาคที่กันน้ำ อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์ของเหลวที่มีเกราะอนุภาคมีชั้นเปลือกอนุภาคที่มีความหนาแน่นสูงและทนทานต่อแรงกลเป็นพิเศษ ซึ่งออกแบบมาเพื่อสนับสนุนการเคลื่อนไหวที่ควบคุมได้และงานต่าง ๆ ที่ต้องการประสิทธิภาพ ส่วนอนุภาคเพิ่มเติมบนพื้นผิวยังช่วยให้เกราะสามารถจัดเรียงตัวใหม่ได้เมื่อตัวของเหลวเกิดการเปลี่ยนรูป
เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher สามารถทำให้หุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคลอยตัวได้หรือไม่?
อุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher สามารถปรับแต่งให้ทำงานในระบบการลอยตัวด้วยคลื่นเสียงแบบคลื่นยืน (standing-wave acoustic levitation) ได้ และเครื่อง Hielscher UP400S ได้ถูกนำมาใช้แล้วในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์เหลวที่หุ้มด้วยอนุภาคบนพื้นผิวแข็ง การลอยตัวในอากาศโดยตรงของหุ่นยนต์ประเภทนี้ยังคงเป็นแนวคิดทางวิศวกรรมที่จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบทางทดลองเพื่อประเมินความเสถียรของกับดัก การเกิดความร้อน การเปลี่ยนรูป และการสูญเสียอนุภาค
เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher รุ่นใดที่เหมาะสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับการลอยตัวด้วยคลื่นเสียง?
เครื่อง Hielscher UP400St ที่มีกำลัง 400 วัตต์ และความถี่ 24 กิโลเฮิรตซ์ เป็นจุดเริ่มต้นที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการ เนื่องจากเครื่องนี้สามารถปรับแอมพลิจูดได้ ทำงานแบบพัลส์ ปรับความถี่อัตโนมัติ และบันทึกข้อมูลกระบวนการ การเลือกเครื่องโซนิเคเตอร์ โซโนโทรด และรูปทรงของตัวสะท้อนที่เหมาะสมนั้น ขึ้นอยู่กับขนาด มวล รูปทรง และโหมดการทำงานที่ต้องการของหุ่นยนต์
ความแตกต่างระหว่างการลอยตัวด้วยคลื่นเสียง (acoustic levitation) และการเกิดโพรงอากาศด้วยคลื่นเสียง (acoustic cavitation) คืออะไร?
การลอยตัวด้วยคลื่นเสียง (acoustic levitation) อาศัยแรงดันรังสีในก๊าซ (โดยทั่วไปคืออากาศ) เป็นหลัก เพื่อทำให้วัตถุลอยตัว ส่วนการเกิดคาวิเทชันด้วยคลื่นเสียง (acoustic cavitation) เกิดขึ้นในของเหลว เมื่อวงจรความดันทำให้ฟองอากาศขยายตัวและยุบตัวลง การเกิดคาวิเทชันสามารถก่อให้เกิดแรงเฉือนที่รุนแรง ลมเจ็ทขนาดเล็ก และความร้อน ดังนั้นจึงไม่ควรสับสนกับกลไกคลื่นยืน (standing-wave mechanism) ที่มีความอ่อนโยนกว่า ซึ่งใช้สำหรับการลอยตัวแบบทั่วไป
ทำไมการลอยตัวด้วยคลื่นเสียงจึงมีประโยชน์ต่อหุ่นยนต์ของเหลว?
การลอยตัวช่วยตัดการสัมผัสกับพื้นผิวแข็ง ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทาน แรงยึดติด การปนเปื้อน และการเปียกตัวที่ควบคุมไม่ได้ ทำให้สามารถขนส่งได้อย่างสะอาด ดำเนินการปฏิกิริยาโดยไม่ต้องใช้ภาชนะ และตรวจสอบหุ่นยนต์ของเหลวได้โดยไม่ต้องมีพื้นผิวรองรับ หุ่นยนต์ยังสามารถเปลี่ยนระหว่างโหมดการทำงานแบบลอยตัวและโหมดการทำงานบนพื้นผิวได้
การลอยตัวด้วยคลื่นเสียงสามารถควบคุมทิศทาง หมุน หรือรวมตัวหุ่นยนต์ของเหลวได้หรือไม่?
ใช่ แต่ระบบแขวนแนวตั้งเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ การเคลื่อนไหวด้านข้างสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเคลื่อนย้ายอุปกรณ์ดักเสียง การปรับตำแหน่งตัวสะท้อน หรือการใช้ความชันความดันที่ควบคุมได้ร่วมกับแหล่งกำเนิดคลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มเติม ข้อมูลย้อนกลับจากกล้องสามารถช่วยควบคุมการบังคับทิศทาง การหมุน การเชื่อมต่อ และการรวมตัวแบบควบคุมของหุ่นยนต์หลายตัว
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
- Wonhyuk Jo, Johannes Möller, Jörg Hallmann, James Wrigley, Jan-Etienne Pudell, Ulrike Boesenberg, Felix Brausse, Angel Rodriguez-Fernandez, Alexey Zozulya, Roman Shayduk, Anders Madsen (2025): MHz X-ray photon correlation spectroscopy using an acoustic levitator at the European XFEL. Journal of Synchrotron Radiation 32, 2025. 669–677.
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม