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Water runs horizontally through the air, a thin stream with nothing touching it. Five centimeters away, a cylinder lined with hundreds of tiny speakers surrounds it, and no sound comes out. At the University of Helsinki, the 256 small speakers emit ultrasound, sound above the range of human hearing, at about 40 kilohertz, and those waves hold the stream in place. “Of all the experimental setups I have seen, I would say this is the closest thing to magic,” says Ari Salmi, professor of electronics, who led the development. It is not magic, but a long line of ultrasound research in the university's Electronics Research Laboratory. The results are published in PNAS.
De l'eau coule horizontalement dans l'air, un fin filet qui ne touche rien. À cinq centimètres de là, un cylindre garni de centaines de minuscules haut-parleurs l'entoure, sans qu'aucun son ne s'en échappe. À l'université d'Helsinki, les 256 petits haut-parleurs émettent des ultrasons, des sons situés au-delà de la portée de l'audition humaine, à environ 40 kilohertz, et ces ondes maintiennent le jet en place. « De toutes les expériences que j'ai vues, je dirais que c'est ce qui se rapproche le plus de la magie », affirme Ari Salmi, professeur d'électronique, qui a dirigé le développement. Ce n'est pas de la magie, mais le fruit d'une longue lignée de recherches sur les ultrasons menées au laboratoire de recherche en électronique de l'université. Les résultats sont publiés dans PNAS.
The idea started with a cleaning problem. Four years ago, the team was building a device that scrubbed the inside of pipes with ultrasound. Over lunch, Salmi and a colleague agreed it would be handy if a pipe had no surface for dirt to stick to. On an evening walk with his dog, Salmi arrived at the answer: form the walls of a tube out of sound. Getting there was another matter. The team had to find, by trial and error, how to drive the speakers so that a tube would form, working with colleagues from the Public University of Navarre and the University of Michigan.
L'idée est partie d'un problème de nettoyage. Il y a quatre ans, l'équipe mettait au point un appareil qui décrassait l'intérieur des canalisations à l'aide d'ultrasons. Au déjeuner, Salmi et un collègue ont convenu qu'un tuyau sans surface où la saleté pourrait s'accrocher serait bien pratique. Lors d'une promenade du soir avec son chien, Salmi a trouvé la réponse : former les parois d'un tube à partir de son. Y parvenir était une autre affaire. L'équipe a dû trouver, par essais successifs, la façon de piloter les haut-parleurs pour qu'un tube se forme, en travaillant avec des collègues de l'université publique de Navarre et de l'université du Michigan.
What the tube can carry is wider than liquid. The team describes moving powder, mist and liquids, and guiding an electric discharge along a chosen route. The direction can be changed on the fly, for instance when a liquid must be sent somewhere new, and it can be dispensed with single-drop precision. “By changing how the speakers are controlled, we can reshape and turn the tube as needed,” explains postdoctoral researcher Dmitry Nikolaev, who led the project. Each substance needs its own pattern: “Transporting a solid substance, for example, requires a different field configuration than transporting a liquid or a gas.”
Ce que le tube peut transporter dépasse les seuls liquides. L'équipe décrit le déplacement de poudre, de brouillard et de liquides, ainsi que le guidage d'une décharge électrique le long d'un trajet choisi. La direction peut être modifiée à la volée, par exemple lorsqu'un liquide doit être envoyé vers un nouveau point, et le liquide peut être distribué avec une précision au goutte-à-goutte. « En modifiant la façon dont les haut-parleurs sont commandés, nous pouvons remodeler et orienter le tube selon les besoins », explique le chercheur postdoctoral Dmitry Nikolaev, qui a dirigé le projet. Chaque substance nécessite son propre motif : « Transporter une substance solide, par exemple, exige une configuration de champ différente de celle requise pour transporter un liquide ou un gaz. »
The prototype is small. Its working section is 8 centimeters long and draws about 50 watts, roughly what an old-fashioned incandescent bulb uses. According to Nikolaev, similar modules could easily be linked in a row to build a tube of any length. The sound is intense at the core, he says: “comparable to a continuous roar of gunfire right next to your ear.” Humans cannot hear it, because it is too high-pitched. Dogs, the article notes, might not appreciate it.
Le prototype est petit. Sa section de travail mesure 8 centimètres de long et consomme environ 50 watts, soit à peu près ce que consomme une ancienne ampoule à incandescence. Selon Nikolaev, des modules similaires pourraient facilement être alignés les uns à la suite des autres pour construire un tube de n'importe quelle longueur. Le son est intense au cœur du dispositif, affirme-t-il : « comparable à un grondement continu de coups de feu tirés juste à côté de votre oreille ». Les humains ne l'entendent pas, car il est trop aigu. Les chiens, note l'article, pourraient ne pas l'apprécier.
What changes, and for whom? The case for the tube is the pipe that causes trouble today. Corrosive or sticky substances make problems in ordinary pipes, and a tube with no solid wall gives them no wall to attack or to cling to. For delicate, contamination-sensitive materials, the absence of walls removes the risk of contamination. For those who move such products, the promise is a line that needs no cleaning. But the sources give no timeline, and no industrial installation has been announced. The present result is one 8-centimeter section, measured in a laboratory, and the chaining of modules into a longer tube is described as possible, not yet shown.
Qu'est-ce qui change, et pour qui ? L'intérêt du tube tient aux canalisations qui posent problème aujourd'hui. Les substances corrosives ou collantes causent des ennuis dans les tuyaux ordinaires, et un tube sans paroi solide ne leur offre ni paroi à attaquer ni surface où s'accrocher. Pour les matériaux délicats et sensibles à la contamination, l'absence de parois écarte le risque de contamination. Pour ceux qui manipulent de tels produits, la promesse est celle d'une ligne qui n'a pas besoin d'être nettoyée. Mais les sources ne donnent aucun calendrier, et aucune installation industrielle n'a été annoncée. Le résultat actuel se limite à une section de 8 centimètres, mesurée en laboratoire, et l'assemblage de modules en un tube plus long est présenté comme possible, mais pas encore démontré.