La tecnología de
pinzas acústicas se conoce desde 1986. Se basa en el fenómeno de
la levitación acústica y utiliza ondas ultrasónicas para levantar objetos de unos pocos milímetros en el aire. Hasta hace poco, los científicos solo podían manipular una bola de plástico. Ahora es posible levitar muchos objetos a la vez y controlar su movimiento por separado. En Habré había
un artículo dedicado a los principios del trabajo tecnológico. Hablaremos de su potencial y análogos.
Foto Morgan / CC BYBrevemente sobre qué es la tecnología
Investigadores de la Universidad Popular de Navarra en España y la Universidad de Bristol en el Reino Unido
han creado una instalación en forma de una "caja", dentro de la cual hay conjuntos de emisores ultrasónicos arriba y abajo. En total, el sistema usa 512 altavoces con un diámetro de menos de un centímetro, 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 "vacías" del mismo tamaño se forman con
presión de sonido cero, y sostienen objetos en el aire. Estos objetos pueden ser pedazos de plástico o gotas de líquido. 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 método de
propagación inversa es responsable de esto. Los autores de la tecnología 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
Según los autores, la levitación acústica ("pinzas acústicas") puede reemplazar a otra tecnología: "
pinzas ópticas ", por cuyo descubrimiento se otorgó el Premio Nobel de Física en 2018. Las pinzas ópticas usan un rayo láser para mover objetos microscópicos (moléculas y partículas).
Pero este enfoque tiene un inconveniente: es
costoso , además un láser puede dañar las células u organismos vivos al contacto. Las pinzas acústicas carecen de estas deficiencias. Por lo tanto, se propone su uso en medicina e investigación biológica. Por ejemplo, las pinzas acústicas ayudarán a dirigir las moléculas del fármaco al área deseada del cuerpo del paciente o realizar operaciones microquirúrgicas.
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".
Además, se
propone utilizar pinzas acústicas
para la producción de microelectrónica. Con la ayuda del ultrasonido, puede mover pequeñas partículas y automatizar la creación de dispositivos que hasta ese momento solo se recolectaban a mano.
Hasta ahora, la tecnología solo puede funcionar en el aire, pero en el futuro, los autores planean evaluar las capacidades de las pinzas acústicas en un líquido.
Desarrollos similares
Hay varios otros desarrollos basados en el principio de levitación acústica. El primero de ellos es el "sello líquido" que se
creó en Harvard.
La invención es una impresora con una boquilla especial, en la que se integra un generador de onda estacionaria. El sonido forma gotas de líquido del mismo tamaño predeterminado y las aplica al sustrato. Se propone que el dispositivo se use en productos farmacéuticos, la producción de materiales ópticos y otras áreas donde la dosificación exacta de una sustancia es importante.
Otro proyecto fue presentado por ingenieros de la Universidad Nacional Autónoma de México. Su instalación
utiliza levitación acústica junto con
espectrometría de emisión de chispa láser para detectar metales pesados en el agua.
La sustancia de prueba se irradia con un láser y se transfiere a un estado de
plasma . Al medir la radiación espectral de un plasma, se puede determinar la concentración de elementos individuales en él. En la Universidad de México, se utilizó la levitación acústica para mantener una gota de agua en una posición. Esto permite obtener resultados de análisis más precisos y de alta calidad.
Foto Gaetano Virgallito / CC BY-NDAdemás, 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 solución de los científicos alemanes
utiliza la levitación acústica para crear un campo ultrasónico de cierta forma. Esto le permite construir partículas físicas en el orden deseado. Se espera que el sistema encuentre aplicación en la medicina: ayudará a mejorar el tratamiento con ultrasonido, por ejemplo, para restaurar los músculos dañados de manera más efectiva debido a la acción dirigida del campo.
En general, el potencial de la levitación acústica es enorme. Se puede utilizar tanto en la producción,
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 tecnología.
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