Físicos desenvolveram uma nova maneira de levitar objetos usando ondas sonoras

Um método recém-desenvolvido de levitar e manipular objetos minúsculos usando ondas sonoras pode representar um grande passo à frente para a tecnologia.

Engenheiros no Japão descobriram como pegar objetos de superfícies reflexivas usando levitação acústica. Embora eles ainda não possam fazer isso de forma confiável, o avanço pode ajudar a desbloquear todo o potencial da manipulação de objetos físicos usando nada além de som.

A engenharia biomédica, a nanotecnologia e o desenvolvimento de produtos farmacêuticos são alguns dos campos em que manipular objetos sem tocá-los é potencialmente realmente útil. Já podemos fazer isso com uma tecnologia chamada pinça óptica , que usa lasers para gerar pressão de radiação suficiente para levitar e mover partículas extremamente pequenas.

Pinças acústicas – onde a pressão gerada com ondas sonoras pode ser usada para mover partículas – têm o potencial de ser uma ferramenta ainda mais poderosa. Eles poderiam ser usados ​​para manipular uma gama mais ampla de materiais e em tamanhos maiores – até a escala milimétrica.

No entanto, apesar de ter sido descoberto pela primeira vez na década de 1980, existem limitações significativas que impedem uma ampla aplicação prática das pinças acústicas. Para começar, você precisa de uma ‘armadilha’ confiável composta de ondas sonoras.

Matrizes hemisféricas de transdutores acústicos podem ser usados ​​para criar a armadilha sonora, mas controlá-los em tempo real é complicado, pois você precisa criar o campo sonoro certo para levantar um objeto e movê-lo para longe dos transdutores.

Fica ainda mais complicado se houver uma superfície que reflita o som, pois isso pode complicar o campo sonoro.

Os engenheiros Shota Kondo e Kan Okubo, da Universidade Metropolitana de Tóquio, no Japão, descobriram como construir uma matriz acústica hemisférica que pode levantar uma bola de poliestireno de 3 milímetros de uma superfície reflexiva.

“Nós propomos um conjunto de transdutores ultrassônicos hemisféricos multicanais para captação sem contato em um palco rígido com reflexão” , escreveram eles em seu artigo .

“A fase e a amplitude de cada canal são otimizadas usando o método de reprodução de som. Isso cria uma armadilha acústica apenas na posição desejada, e a captação pode ser realizada no palco rígido. Pelo que sabemos, esta é a primeira estudo para demonstrar captação sem contato usando esta abordagem. “

Sua técnica se baseia na divisão da matriz de transdutores em blocos, o que é mais gerenciável do que tentar controlar os transdutores individualmente. Em seguida, eles usaram um filtro inverso para reproduzir sons com base na forma de onda acústica. Isso ajuda a otimizar a fase e a amplitude de cada canal do transdutor para produzir o campo acústico desejado.

Simulações tridimensionais mostraram como e onde o campo estava sendo gerado usando essas técnicas.

Esse campo pode então ser movido, o que – é claro – também se move ao redor da partícula nele presa. Usando essa matriz, os pesquisadores foram capazes de pegar seu isopor de uma superfície espelhada, mas de forma pouco confiável – às vezes a bola se espalhava pela pressão acústica, em vez de ficar presa.

No entanto, o trabalho representa um passo à frente, uma vez que a captação sem contato de uma superfície reflexiva nunca havia sido feita antes. Fazer isso – mesmo que não seja confiável – nos mostra como seguir em frente.

“Em estudos futuros”, escreveram os pesquisadores , “a robustez do método proposto será melhorada para o uso prático de captação sem contato”.

A pesquisa foi publicada no Japanese Journal of Applied Physics