Lévitation acoustique : où en sont les recherches ?

Inventée dans les années 70 par la NASA pour la manipulation d’échantillons liquides sans contact physique, la lévitation acoustique intéresse de nouveau les chercheurs depuis quelques années. Le principe est le suivant : créer une onde acoustique stationnaire afin de piéger un objet dans les airs, comme s’il était maintenu par des doigts invisibles.

Manipulation acoustique de gros objets : toujours un challenge

Jusqu’à il y a peu, on pensait que la taille des objets que l’on pouvait faire léviter par cette technique devait être, au maximum, égale à la moitié de la longueur de l’onde acoustique utilisée. Sachant que les fréquences inférieures à 20 kHz sont audibles par les humains, la longueur d’onde maximale est de 17,2 mm, ce qui limite la taille des objets à 8,6 mm !

Néanmoins, grâce aux travaux dirigés par le professeur Bruce W. Drinkwater de l’université de Bristol, on sait dorénavant qu’il est possible de faire léviter des objets de taille supérieure. Leur record : faire léviter une boule de polystyrène de 2 cm de diamètre avec des ondes de 40 kHz.

À ce jour, leurs recherches se poursuivent, mais n’ont pas encore conduit à la publication de nouveaux résultats. En outre, en fournissant les plans détaillés de la machine qu’ils ont développée, ils ont ainsi permis à d’autres chercheurs à travers le monde de suivre leur voie.

La lévitation acoustique à la portée de la robotique

Voici un exemple particulièrement parlant. L’équipe de Marcel Schuck de l’ETH Zürich vient de dévoiler une pince robotisée capable de manipuler de petits objets par lévitation acoustique. Directement inspirée des travaux de Bristol, cette pince est constituée de deux hémisphères imprimés en 3D et semble particulièrement intéressante pour la manipulation de précision d’objets fragiles.

En effet, grâce à la lévitation acoustique, il est possible de manipuler des objets de forme variée, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser des outillages de précision extrêmement coûteux. Le mouvement de la pièce, déterminé par les ondes acoustiques est ici contrôlé par un logiciel. Marcel Schuck compte faire passer rapidement cette méthode économique au stade de l’industrialisation, d’une part en fournissant des kits de développement pour des clients potentiels, d’autre part par la création d’une startup en 2021.

De la lévitation acoustique à la projection 3D

Voici une application encore plus étonnante, présentée par une équipe internationale, composée de chercheurs de l’université du Sussex, à Brighton, et de Tokyo.

Ils ont réussi une prouesse technique : manipuler de manière extrêmement rapide (4 m/s) et précise une petite bille blanche d’un millimètre de diamètre afin de créer des animations 3D de quelques dizaines d’images par seconde, suffisamment pour tromper l’œil humain.

La lévitation acoustique semble donc avoir un champ d’application très diversifié. Vous désirez vous lancer dans la fabrication de votre propre machine de lévitation acoustique ? Tout est expliqué ici.

Photo de Une : Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Acoustic Virtual Vortices with Tunable Orbital Angular Momentum for Trapping of Mie Particles par Asier Marzo, Mihai Caleap, and Bruce W. Drinkwater.
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.044301