超音波の話をしよう(12)「DIY音響浮揚装置」

超音波の話をしよう(12)「DIY音響浮揚装置」

星貴之
星貴之 (ID1529) 公認maker 2016/01/27
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こんにちは。超音波研究者をやっている、名古屋工業大学の星です。

超音波を集束させる装置を使ってあれこれ新しいことをしようとしています。前回は産総研・菊永氏との共同研究「静電気分布計測」を紹介しました。

今回は、ずっとやりたかったことができましたのでそのご報告です。

DIY音響浮揚装置

まずは背景から見ていきましょう。連載第6回「集束超音波を広めたい」で、市販の超音波電子工作キットを使った音響浮揚装置の研究をご紹介しました。

http://youtu.be/fy6D6ZZ_11A

DIY音響浮揚装置を作ってみた 2014

特殊なものは使わず、通販で買えるものだけで実現する!という制約のもとでどれだけできるか試した研究です。ニコニコ学会βで発表したのですが、その時点では色々と出来ていないことがあって、その反省を連載第6回で下記のように書いています。

本当は上下を柱で固定できるような振動子アレイ用の球殻を3Dプリンタで出力したり、配線をフレキシブル基板で簡略化したり、オープンソースハードウェアとして公開したりしたいのですが、、、今のところできていません

このことがずっと心残りでもやもやしていたのですが、1年越しでやっと実現できました (╹◡╹)

第2報

DMM.make 3Dプリントサービスで球面を、P板.com基板製造サービスでフレキシブル基板を試作しました。

http://youtu.be/4vayk0hrEVE

DIY音響浮揚装置を作ってみた(第2報) 2015

細かいところですが、この球面、超音波振動子をすべて垂直に挿すように設計してあります。球面に沿わせて配置しようとすると、本来は振動子の角度をそれぞれ微妙に変える必要があります。それが実現できるかは3Dプリンタの精度によりますし、それならいっそ垂直に統一するのが設計も簡単!という意図でそのように設計しました。すべて垂直に挿しても大丈夫か?ちゃんと集束するのか?についてはシミュレーションで確認して、大丈夫という結論を得ました。詳しくは以下の論文をご参照ください。

DIY音響浮揚装置を作ってみた(第2報)
http://id.nii.ac.jp/1001/00145214/

この曲面の3DモデルはDMM.makeクリエイターズマーケットで公開しています。STLデータをダウンロードできますし、ここから注文することもできます(私に入るお金を0円に設定してあるので、製造費のみです)。
http://make.dmm.com/item/273960/

フレキシブル基板は・・・費用が1桁違うのであまりおすすめしません。導線を手作業で半田付けしてください。がんばって ╭( ・ㅂ・)و

3Dプリントした効果として、ふにゃふにゃしなくなって片手で持てるようになりました。このおかげで、振動子アレイ2個を向かい合わせにして浮揚させるだけでなく、1個で床面との間に定在波を発生させる方式も出来るようになりました。連載第4回「lapillus bug」と同様の方式ですが、浮揚させられた粒子が電子制御で動き回るのに対し、こちらのDIY装置は自分の手で好きなように動かせるインタラクティブ性が特徴です。床面にばら撒かれている粒が、超音波で浮かび上がる瞬間が面白いです。

遊び方

このDIY音響浮揚装置、学会や一般向けイベントで展示していたところ、体験者がいろいろ試して新しい遊び方を創り出していました。粒を出来るだけたくさん集めようとしてみたり、本などの段差を利用して多層にしたり、床面だけでなく壁面でもできることを発見したり、斜めから超音波を当てると縞模様ができたり。。。

https://youtu.be/_i7MNWstAB0

DIY音響浮揚装置の遊び方

特に多層にするのは、手の高さ、手の角度、移動速度、一層あたりの粒の個数、適切な個数を浮かせるためにとるべき経路など、簡単そうに見えて意外とコツが必要です。子供が熱心に10分くらい練習していたり、友達を連れてきて一緒に遊び始めたり、こちらも展示していて楽しかったです。

ということで、今回はDIY音響浮揚装置のその後について紹介しました。連載第12回にしてやっとDMM.makeと絡めた記事が書けてほっとしています^^

ご意見・ご要望などあれば、コメントやメール、ツイッターなどでお知らせいただけると反映するかもです。それではまた☆彡

これまでの連載:星貴之

超音波の話をしよう(11)「静電気分布計測」
https://media.dmm-make.com/item/3629/

超音波の話をしよう(10)「人工授粉」
https://media.dmm-make.com/item/3623/

超音波の話をしよう(9)「ショッカソン」
https://media.dmm-make.com/item/3613/

超音波の話をしよう(8)「Pixie Dust」
https://media.dmm-make.com/item/3579/

超音波の話をしよう(7)「ナイスステップ」
https://media.dmm-make.com/item/3577/

超音波の話をしよう(6)「集束超音波を広めたい」
https://media.dmm-make.com/item/2531/

超音波の話をしよう(5)「Graffiti Fur」
https://media.dmm-make.com/item/2529/

超音波の話をしよう(4)「lapillus bug」
https://media.dmm-make.com/item/2477/

超音波の話をしよう(3)「コロイドディスプレイ」
https://media.dmm-make.com/item/2413/

超音波の話をしよう(2)「集束超音波で遊んでみた」
https://media.dmm-make.com/item/2209/

超音波の話をしよう(1)「不触(さわらず)の誓い」
https://media.dmm-make.com/item/1577/

参考にしてくれた記事

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