[호주] 수상 견인빔 개발
 호주국립대(Australian National University) 물리학자들이 수상 견인빔(water tractor beam)을 만들었다. 이 기술은 기름 유출을 제한하고, 부유 물체를 조작하거나 해변의 빠른 조류를 설명하는 근본적으로 새로운 기술을 제공한다. 마이클 샤츠(Michael Shats) 교수가 지도한 연구팀은 간단한 파도 발생기를 이용하여 물의 흐름 패턴을 제어할 수 있다는 것을 발견했고, 그들은 부유 물체를 마음대로 움직일 수 있었다. “파도의 방향과 반대로 부유 물체가 이동하게 만들 수 있는 파도를 만드는 방법을 알아냈다. 이런 결과를 짐작한 사람은 아무도 없었다”고 이번 프로젝트를 주도한 RSPE(Research School of Physics and Engineering)의 호스트 펀즈만(Horst Punzmann) 박사는 말했다. 이번 신기술은 과학자들에게 물 위에 표류하는 물체를 그들이 이전에는 결코 갖지 못했던 방식으로 제어하는 수단을 제공하며, 이것은 물체를 당기는 과학소설의 견인빔과 닮아있다. 조파 수조(wave tank)에서 탁구공을 이용한 연구팀은 공을 자신들이 원하는 어떠한 방향으로도 움직이는데 요구되는 파도의 크기와 주파수를 계산했다. 팀원인 니콜라스 프랑수아(Nicolas Francois ) 박사와 후아 시아(Hua Xia) 박사에 의해 개발된 진보적인 입자추적 도구들은 이 파도들이 물 표면에 흐름을 만든다는 것을 보여주었다. “특정 높이 이상에서, 이러한 복잡한 3차원 파도들이 물 표면 위에 흐름 패턴을 발생시킨다는 것을 우리는 발견했다. 이 견인빔은 한 가지 패턴에 불과하며, 흐름 패턴은 안으로 향하는 흐름이나 밖으로 향하는 흐름이 될 수도 있고 소용돌이가 될 수도 있다”고 샤츠 교수는 말했다. 연구팀은 또한 서로 다른 모양의 플런저(plungers)를 이용하여 서로 다른 소용돌이 흐름 패턴을 발생시키는 실험도 수행했다. 이 실험을 설명할 수 있는 수학 이론은 아직 없다고 펀즈만은 말했다. “이것은 중대한 미해결 문제들 중 하나지만, 욕조에 있는 누구나 재연할 수 있다. 이전에 이 문제를 설명한 사람이 아무도 없었다는 것이 매우 놀라웠다”고 그는 말했다. 이번 논문은 ‘파도 전파에 의한 표면 흐름의 발생과 역전(Generation and reversal of surface flows by propagating waves)’이라는 제목으로 ‘Nature Physics’에 발표되었다. * 그림 : 수상 견인빔을 시연하는 연구진 * 관련논문 : DOI: 10.1038/nphys3041
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 18일]
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Water tractor beam: Complex waves generate flow patterns to manipulate floating objects
Physicists at The Australian National University (ANU) have created a tractor beam on water, providing a radical new technique that could confine oil spills, manipulate floating objects or explain rips at the beach.
The group, led by Professor Michael Shats discovered they can control water flow patterns with simple wave generators, enabling them to move floating objects at will.
"We have figured out a way of creating waves that can force a floating object to move against the direction of the wave," said Dr Horst Punzmann, from the Research School of Physics and Engineering, who led the project.
"No one could have guessed this result," he said.
The new technique gives scientists a way of controlling things adrift on water in a way they have never had before, resembling sci-fi tractor beams that draw in objects.
Using a ping-pong ball in a wave tank, the group worked out the size and frequency of the waves required to move the ball in whichever direction they want.
Advanced particle tracking tools, developed by team members Dr Nicolas Francois and Dr Hua Xia, revealed that the waves generate currents on the surface of the water.
"We found that above a certain height, these complex three-dimensional waves generate flow patterns on the surface of the water," Professor Shats said. "The tractor beam is just one of the patterns, they can be inward flows, outward flows or vortices."
The team also experimented with different shaped plungers to generate different swirling flow patterns.
As yet no mathematical theory can explain these experiments, Dr Punzmann said.
"It's one of the great unresolved problems, yet anyone in the bathtub can reproduce it. We were very surprised no one had described it before."
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