Físicos desenvolveram uma nova maneira de levitar objetos usando apenas som

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Objeto levitando (esquerda) e um esquema da matriz. Créditos: Kondo e Okubo, JJAP, 2021.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

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

Engenheiros no Japão descobriram como levantar e manejar objetos de superfícies reflexivas usando levitação acústica. Embora eles ainda não possam fazer isso de forma precisa, o avanço pode ajudar a desvendar 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 algumas das áreas 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. Elas poderiam ser usadas ​​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 ‘armação’ confiável composta de ondas sonoras.

Matrizes hemisféricas de transdutores acústicos podem ser usados ​​para criar a armação 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 perturbar 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 com multicanais para captação sem contato em uma superfície rígida com reflexão”, escreveram eles em seu estudo.

“A fase e a amplitude de cada canal são otimizadas usando o método de reprodução de som. Isso cria uma armação acústica apenas na posição desejada, e a captação pode ser realizada na superfície 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 levitar e manipular seu isopor de uma superfície espelhada, mas de forma pouco precisa – às vezes, a bola se espalhava pela pressão acústica, em vez de ficar presa no lugar.

No entanto, o trabalho representa um grande avanço, uma vez que a captação sem contato de uma superfície reflexiva nunca havia sido feita antes. Fazer isso – mesmo que não seja preciso – 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.