Els físics saben fer levitar objectes en el laboratori des de fa dècades. Utilitzen camps elèctrics o magnètics, però també ones de so. La levitació acústica té aplicacions interessants, en particular per obtenir nous materials per a l'electrònica o per a la síntesi de fàrmacs. Investigadors japonesos han creat un nou dispositiu de levitació acústica que proporciona resultats visuals impressionants.
Captura d'imatge d'un dels vídeos realitzats pels investigadors japonesos per mostrar les possibilitats de controlar objectes mitjançant ultrasons. Atrapat en ones estacionàries obtingudes mitjançant l'enfocament de feixos d'ultrasons, les boletes de poliestirè copien la forma en l'espai d'aquestes ones estacionàries.Crèdit: Yoichi Ochiai (Universitat de Tòquio)
La demostració que acaba de realitzar un grup d'investigadors de la Universitat de Tòquio no és nou realment, sinó que posa l'elegància i la bellesa en el control que permet la levitació acústica dels objectes. En un dels vídeos que publiquen a la xarxa, podem veure un impressionant ballet de boles de poliestirè flotant màgicament. Els físics recorden que la levitació acústica mitjançant ones sonores estacionàries generades pels altaveus es remunta al 1975 com a mínim, amb diferents treballs nord-americans. És una mica com atrapar objectes en una zona de la superfície de l'aigua amb onades produïdes degudament.
Aquesta tècnica ha anat evolucionant al llarg dels anys, i ha esdevingut capaç de suspendre no només objectes petits en una regió d'espai a una alçada modulable, sinó també a moure'ls en tres dimensions. La solució trobada pels investigadors japonesos però, permet evidentment un millor control que en els experiments realitzats pels investigadors nord-americans. A més, utilitzen els convertidors de tipus triplet de Langevin per generar ultrasons mitjançant cristalls piezoelèctrics, la qual cosa és molt menys molesta per a l'oïda que en el cas d'alguns experiments de la NASA en la dècada dels vuitanta del segle passat.
Aquesta tècnica ha anat evolucionant al llarg dels anys, i ha esdevingut capaç de suspendre no només objectes petits en una regió d'espai a una alçada modulable, sinó també a moure'ls en tres dimensions. La solució trobada pels investigadors japonesos però, permet evidentment un millor control que en els experiments realitzats pels investigadors nord-americans. A més, utilitzen els convertidors de tipus triplet de Langevin per generar ultrasons mitjançant cristalls piezoelèctrics, la qual cosa és molt menys molesta per a l'oïda que en el cas d'alguns experiments de la NASA en la dècada dels vuitanta del segle passat.
Gràcies als seus emissors de ultrasò focalitzats, els investigadors atrapen ones estacionàries d'objectes de diferents mides i composicions. Comencem veient-hi boles de poliestirè. Crèdit: Yoichi Ochiai (Universitat de Tòquio), Takayuki Hoshi (Institut de Tecnologia de Nagoya), Jun Rekimoto (Universitat de Tòquio, Sony CSL).
La levitació acústica és sens dubte elegant, però és a priori menys engrescadora que la levitació magnètica. Sembla que té moltes menys aplicacions, mentre que el descobriment de superconductors a temperatura ambient podria permetre la difusió de la tecnologia Maglev o els somnis de l'exposició Supradesign. Tanmateix, la NASA ha invertit en investigacions de levitació acústica des de la dècada dels 70 del segle XX. Encara és continua investigant al Laboratori Nacional d'Argonne, famós pel seu paper en el projecte Manhattan.
Levitació acústica i microgravetat
Fa unes dècades, hi havia una gran esperança per a la producció de nous materials, en particular semiconductors en ingravidesa a bord d'estacions espacials permanents. També es va preveure l'obtenció de determinades substàncies amb aplicacions farmacèutiques. La levitació acústica ja ha proporcionat un mitjà per explorar certes tècniques de fabricació a terra i simular els efectes de la microgravetat. Sobretot, permetia manipular objectes flotants a l'espai a voluntat i realitzar experiments sense contacte amb les parets.
Cambra de levitació acústica construïda el 1987 per un experiment de microgravetat per a la NASA. Les plaques de plexiglàs formen una cavitat ressonant cúbica amb tres altaveus connectats al cub per guies d'ona acústiques fetes d'alumini. En enviar ones de so (600 Hz) i ajustar la relació d'amplitud i de fase entre els tres altaveus, podrien controlar-se levitació i moviment en totes les direccions. Aquest experiment es va utilitzar per estudiar a la Terra els efectes de les condicions de microgravetat que existien en el transbordador espacial en òrbita. Crèdit: drdeak, YouTube
Cal saber, per exemple, que és més fàcil obtenir la forma amorfa de certes substàncies medicinals, permetent una evaporació de la solució en levitació acústica. En contacte amb les parets d'un contenidor, és normalment la forma cristal·lina la que s'obté. Però és menys assimilable per un pacient i, per tant, el tractament és menys efectiu i requereix dosis més elevades de producte; i això resulta ser un desavantatge.
Utilització de la levitació acústica per a la microrobòtica i les escumes
El que probablement ve a la ment dels investigadors japonesos és la capacitat de manipular petits components electrònics o microrobòtics sense tocar-los, fent servir un tipus de pinça ultrasònica. També és possible manipular petites gotes de metalls o altres substàncies foses, plàstics per exemple, per tal de dipositar-les selectivament sobre els components.
Una altra aplicació menys coneguda es refereix a les escumes que la indústria utilitza, per exemple, en forma de detergent per netejar màquines o per lluitar contra els vessaments de petroli. Malauradament, la gravetat dificulta la comprensió de la física de les escumes. La levitació acústica ens permet estudiar aquesta física sota condicions d'ingravidesa. Com es pot veure, els treballs dels físics japonesos no donen cap motiu per pensar que son simples jocs amb ultrasons per realitzar entretinguts experiments.
El que probablement ve a la ment dels investigadors japonesos és la capacitat de manipular petits components electrònics o microrobòtics sense tocar-los, fent servir un tipus de pinça ultrasònica. També és possible manipular petites gotes de metalls o altres substàncies foses, plàstics per exemple, per tal de dipositar-les selectivament sobre els components.
Una altra aplicació menys coneguda es refereix a les escumes que la indústria utilitza, per exemple, en forma de detergent per netejar màquines o per lluitar contra els vessaments de petroli. Malauradament, la gravetat dificulta la comprensió de la física de les escumes. La levitació acústica ens permet estudiar aquesta física sota condicions d'ingravidesa. Com es pot veure, els treballs dels físics japonesos no donen cap motiu per pensar que son simples jocs amb ultrasons per realitzar entretinguts experiments.
Ho he vist aquí.
