Audiotecnología: cómo se mueven las piezas de plástico con ultrasonido y por qué es necesario

La tecnolog√≠a de pinzas ac√ļsticas se conoce desde 1986. Se basa en el fen√≥meno de la levitaci√≥n ac√ļstica y utiliza ondas ultras√≥nicas para levantar objetos de unos pocos mil√≠metros en el aire. Hasta hace poco, los cient√≠ficos solo pod√≠an manipular una bola de pl√°stico. Ahora es posible levitar muchos objetos a la vez y controlar su movimiento por separado. En Habr√© hab√≠a un art√≠culo dedicado a los principios del trabajo tecnol√≥gico. Hablaremos de su potencial y an√°logos.


Foto Morgan / CC BY

Brevemente sobre qué es la tecnología


Investigadores de la Universidad Popular de Navarra en Espa√Īa y la Universidad de Bristol en el Reino Unido han creado una instalaci√≥n en forma de una "caja", dentro de la cual hay conjuntos de emisores ultras√≥nicos arriba y abajo. En total, el sistema usa 512 altavoces con un di√°metro de menos de un cent√≠metro, emitiendo ondas a una frecuencia de 40 KHz.

Con la ayuda de reflectores especiales, los ingenieros pueden formar las llamadas ondas estacionarias . Tienen la misma amplitud y frecuencia, pero difieren en fase. Entonces, entre las ondas de sonido, las secciones "vac√≠as" del mismo tama√Īo se forman con presi√≥n de sonido cero, y sostienen objetos en el aire. Estos objetos pueden ser pedazos de pl√°stico o gotas de l√≠quido. El movimiento de objetos individuales independientemente uno del otro ocurre debido a un cambio en la fase de las ondas estacionarias. Un algoritmo especial basado en el m√©todo de propagaci√≥n inversa es responsable de esto. Los autores de la tecnolog√≠a la comparan con dedos que capturan y mueven objetos dentro del campo. Usando 512 altavoces, los investigadores pudieron controlar 12 bolas de espuma.

Cual es el potencial


Seg√ļn los autores, la levitaci√≥n ac√ļstica ("pinzas ac√ļsticas") puede reemplazar a otra tecnolog√≠a: " pinzas √≥pticas ", por cuyo descubrimiento se otorg√≥ el Premio Nobel de F√≠sica en 2018. Las pinzas √≥pticas usan un rayo l√°ser para mover objetos microsc√≥picos (mol√©culas y part√≠culas).

Pero este enfoque tiene un inconveniente: es costoso , adem√°s un l√°ser puede da√Īar las c√©lulas u organismos vivos al contacto. Las pinzas ac√ļsticas carecen de estas deficiencias. Por lo tanto, se propone su uso en medicina e investigaci√≥n biol√≥gica. Por ejemplo, las pinzas ac√ļsticas ayudar√°n a dirigir las mol√©culas del f√°rmaco al √°rea deseada del cuerpo del paciente o realizar operaciones microquir√ļrgicas.

Otra aplicación posible es la creación de pantallas 3D y hologramas a partir de vóxeles , o píxeles tridimensionales. Las soluciones existentes para generar proyecciones en 3D se basan en los fenómenos de reflexión de la luz y, por lo tanto, estos hologramas solo son visibles en cierto ángulo. El ultrasonido ayudará a formar imágenes tridimensionales a partir de partículas de material, lo que no comprometerá los ángulos de visión de las "pantallas".

Adem√°s, se propone utilizar pinzas ac√ļsticas para la producci√≥n de microelectr√≥nica. Con la ayuda del ultrasonido, puede mover peque√Īas part√≠culas y automatizar la creaci√≥n de dispositivos que hasta ese momento solo se recolectaban a mano.

Hasta ahora, la tecnolog√≠a solo puede funcionar en el aire, pero en el futuro, los autores planean evaluar las capacidades de las pinzas ac√ļsticas en un l√≠quido.

Desarrollos similares


Hay varios otros desarrollos basados ‚Äč‚Äčen el principio de levitaci√≥n ac√ļstica. El primero de ellos es el "sello l√≠quido" que se cre√≥ en Harvard.

La invenci√≥n es una impresora con una boquilla especial, en la que se integra un generador de onda estacionaria. El sonido forma gotas de l√≠quido del mismo tama√Īo predeterminado y las aplica al sustrato. Se propone que el dispositivo se use en productos farmac√©uticos, la producci√≥n de materiales √≥pticos y otras √°reas donde la dosificaci√≥n exacta de una sustancia es importante.

Otro proyecto fue presentado por ingenieros de la Universidad Nacional Aut√≥noma de M√©xico. Su instalaci√≥n utiliza levitaci√≥n ac√ļstica junto con espectrometr√≠a de emisi√≥n de chispa l√°ser para detectar metales pesados ‚Äč‚Äčen el agua.

La sustancia de prueba se irradia con un l√°ser y se transfiere a un estado de plasma . Al medir la radiaci√≥n espectral de un plasma, se puede determinar la concentraci√≥n de elementos individuales en √©l. En la Universidad de M√©xico, se utiliz√≥ la levitaci√≥n ac√ļstica para mantener una gota de agua en una posici√≥n. Esto permite obtener resultados de an√°lisis m√°s precisos y de alta calidad.


Foto Gaetano Virgallito / CC BY-ND

Además, la decisión de los desarrolladores permitió realizar investigaciones fuera del laboratorio equipado con espectrómetros portátiles. Esto ayudará con el estudio de la composición del agua en regiones con malas condiciones ambientales, porque los análisis pueden llevarse a cabo con mayor frecuencia.

La tercera soluci√≥n de los cient√≠ficos alemanes utiliza la levitaci√≥n ac√ļstica para crear un campo ultras√≥nico de cierta forma. Esto le permite construir part√≠culas f√≠sicas en el orden deseado. Se espera que el sistema encuentre aplicaci√≥n en la medicina: ayudar√° a mejorar el tratamiento con ultrasonido, por ejemplo, para restaurar los m√ļsculos da√Īados de manera m√°s efectiva debido a la acci√≥n dirigida del campo.

En general, el potencial de la levitaci√≥n ac√ļstica es enorme. Se puede utilizar tanto en la producci√≥n, por ejemplo, para mover objetos calientes como en medicina, para llevar a cabo operaciones precisas. En un futuro cercano podemos esperar que se propongan nuevas formas de aplicar la tecnolog√≠a.



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Source: https://habr.com/ru/post/437438/


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