Британським фізикам вперше вдалося створити акустичний левітатор, здатний за допомогою спрямованого променя від єдиного джерела утримувати в повітрі об'єкти розміром більше довжини хвилі джерела звуку. За допомогою створення акустичних вихорів потрібної конфігурації такий пристрій здатний змусити левітувати полістирольну кульку діаметром 1,6 сантиметра, пишуть вчені в.
Акустична левітація об'єктів заснована на створенні в повітрі стоячої звукової хвилі, здатної утримувати частинки в підвішеному стані. Механізм заснований на створенні інтерференції когерентних звукових хвиль, за рахунок якої в середовищі формуються локальні області зниженого і підвищеного тиску, здатні утримувати тіло в потрібній області простору. Цей ефект відомий ще з першої половини XX століття, проте до недавнього часу для реалізації механізму акустичної левітації було необхідно використання двох джерел, що не дозволяло створити так званий акустичний захоплений промінь (tractor beam).
Вперше концепція подібного левітатора була розроблена два роки тому групою під керівництвом Азьєра Марцо (Asier Marzo) з Брістольського університету. Запропонований вченими пристрій за допомогою спрямованого акустичного променя було здатне утримувати в повітрі полістирольні кульки розміром не більше 4 міліметрів. При цьому на максимальний розмір левітуючих об'єктів тоді накладалося фундаментальне обмеження: вони повинні були бути, як мінімум, в два рази менше довжини стоячої хвилі.
Цього разу та ж група вчених розробила акустичний левітатор, в якому це обмеження вдалося подолати за рахунок використання акустичних вихорів. На відміну від попередньої версії левітатора, новий пристрій має не плоску геометрію, а сферичну. Запропонований пристрій складається з 192 ультразвукових перетворювачів частотою 40 кілогерц (і довжиною хвилі 0,87 сантиметра при кімнатній температурі), розташованих на внутрішній поверхні сферичного сектора діаметром 19,2 сантиметра.
Така геометрія дозволяє не просто створити стоячу хвилю, а привести до утворення в повітряному середовищі акустичних вихорів, які можуть передавати поміщеному в акустичне поле об'єкту кутовий момент. За рахунок утворення в повітрі декількох вихорів однакової спіральності, але з протилежними напрямками в такому полі формується «віртуальний вихор», за допомогою якого можна утримувати в підвішеному стані об'єкти, що навіть перевершують довжину стоячої хвилі, і змінювати швидкість його обертання.
В результаті вчені змусили левітувати полістирольну кульку розміром 1,6 сантиметра, що майже в два рази більше довжини хвилі джерела. Змінюючи напрямок акустичних вихорів і таким чином керуючи властивостями віртуального вихору, можна контролювати і швидкість обертання кульки.
Вчені також показали, що в почесній конфігурації (якщо кулька, наприклад, лежить на столі, тобто одна його координата фіксована) подібні пристрої можна використовувати для фокусування і керованого обертання частинок навіть більшого розміру. Зокрема, вченим вдалося таким чином керувати кулькою діаметром 5 сантиметрів, що майже в 6 разів більше довжини хвилі. Тому вчені очікують, що в найближчому майбутньому подібні пристрої, засновані на створенні «віртуальних акустичних вихорів», вдасться використовувати для розробки технологій центрифугування та управління частинками різного розміру: від мікрокапсул до макрооб'єктів.
Незважаючи на те, що акустичні левітатори існують вже досить давно, і зібрати акустичний левітатор можна навіть в домашніх умовах, поки їх досить рідко використовують для вирішення будь-яких практичних завдань. Тим не менш, деякі концепції для використання акустичної левітації пропонуються. Наприклад, вчені з Університету Сассекса пропонують використовувати акустичну левітацію для перенесення по повітрю крапель води і часточок їжі.