Un método recientemente desarrollado para levitar y manipular objetos diminutos mediante ondas sonoras podría suponer un gran avance para la tecnología.
© Kondo and Okubo, JJAP, 2021Levitando un objeto (l) y un esquema del conjunto.
La ingeniería biomédica, la nanotecnología y el desarrollo de productos farmacéuticos son algunos de los campos en los que manipular objetos sin tocarlos es potencialmente muy útil. Ya podemos hacerlo con una tecnología llamada pinzas ópticas, que utilizan láseres para generar una presión de radiación suficiente para levitar y mover partículas extremadamente pequeñas.
Las pinzas acústicas, que utilizan la presión generada por las ondas sonoras para mover partículas, pueden ser una herramienta aún más potente. Podrían utilizarse para manipular una gama más amplia de materiales y en tamaños más grandes, hasta la escala milimétrica.
Sin embargo, a pesar de haber sido descubiertas por primera vez en los años 80, existen importantes limitaciones que impiden una amplia aplicación práctica de las pinzas acústicas. Para empezar, se necesita una "trampa" fiable formada por ondas sonoras.
Se pueden utilizar matrices hemisféricas de transductores acústicos para crear la trampa sonora, pero controlarlos en tiempo real es complicado, ya que hay que crear el campo sonoro justo para levantar un objeto y alejarlo de los transductores.
La cosa se complica aún más si hay una superficie que refleja el sonido, ya que esto puede complicar el campo sonoro.
Los ingenieros Shota Kondo y Kan Okubo, de la Tokyo Metropolitan University, en Japón, han descubierto cómo construir un conjunto acústico semiesférico capaz de levantar una bola de poliestireno de 3 milímetros de una superficie reflectante.
"Proponemos un conjunto de transductores ultrasónicos hemisféricos multicanal para la captación sin contacto en un escenario rígido con reflexión", escribieron en su artículo.
"La fase y la amplitud de cada canal se optimizan mediante el método de reproducción del sonido. Esto crea una trampa acústica sólo en la posición deseada, y la captación puede realizarse así en el escenario rígido. Hasta donde sabemos, éste es el primer estudio que demuestra la captación sin contacto utilizando este método."
Su técnica se basa en dividir el conjunto de transductores en bloques, lo que resulta más manejable que intentar controlar los transductores individualmente. A continuación, utilizaron un filtro inverso para reproducir los sonidos basándose en la forma de onda acústica. Esto ayuda a optimizar la fase y la amplitud de cada canal del transductor para producir el campo acústico deseado.
Las simulaciones tridimensionales mostraron cómo y dónde se generaba el campo con estas técnicas.
Este campo puede entonces moverse, lo que -por supuesto- también mueve a la partícula atrapada en él. Utilizando esta matriz, los investigadores pudieron recoger su espuma de poliestireno de una superficie espejada, pero de forma poco fiable: a veces la bola se dispersaba lejos de la presión acústica, en lugar de quedar atrapada.
No obstante, el trabajo representa un paso adelante, ya que la captación sin contacto de una superficie reflectante no se había hecho nunca antes. Hacerlo -aunque sea de forma poco fiable- nos muestra cómo avanzar.
"En futuros estudios", escribieron los investigadores, "se mejorará la solidez del método propuesto para el uso práctico de la captación sin contacto".
La investigación se ha publicado en el Japanese Journal of Applied Physics.
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