Científicos británicos, físicos de la Universidad de Bristol, han desarrollado un levitador acústico, capaz de usar un solo haz ultrasónico para elevar el aire y retener objetos por más tiempo que la longitud de onda. Los autores anunciaron un experimento exitoso hace un mes en las páginas de Physical Review Letters. Los detalles del estudio también se publican
aquí.
Según los físicos, lograron llevar a cabo el experimento, gracias a la creación de un vórtice acústico, que hizo que una bola con un diámetro de un centímetro y medio volara y se mantuviera por encima de la superficie del emisor. Si no lo sabe, antes de la longitud de onda era una limitación fundamental fundamental para los levitadores acústicos de un solo haz. Incluso antes, el problema era la creación de un levitador utilizando un solo haz. Para obtener el efecto, se utilizaron dos fuentes de ultrasonido. El tema me pareció interesante y significativo. Debajo del corte, más sobre la levitación acústica de objetos y el estudio de los británicos.
Algunas palabras sobre levitación acústica
Wiki define la levitación acústica como
"Una posición estable de un objeto pesado en una onda acústica estacionaria".
Este fenómeno se conoce desde 1934, cuando fue teóricamente demostrado por L. King, más tarde en 1961, las conclusiones sobre la posibilidad del fenómeno fueron hechas por L.P. Gorkov.
La esencia del principio sobre el cual operan los levitadores acústicos es crear interferencia de ondas de sonido coherentes, lo que conduce a la aparición de áreas locales de aumento de presión. Debido a esto, el cuerpo puede mantenerse en un área particular del espacio, así como moverse.
Los científicos que tratan el tema de la levitación acústica creen en el gran futuro de este fenómeno. Los proyectos futuristas implican levantar y mover varios objetos, equipar los sistemas de gestión de almacenes con levitadores y su aplicación en puertos y fábricas. Sin embargo, los levitadores aún están muy lejos de tal masa y tamaño. Una de las áreas donde dichos dispositivos podrán probarse en el futuro cercano es la tecnología farmacológica, donde existe la necesidad de levitación acústica para aumentar el grado de purificación de sustancias.
Digresión lírica
Cuando era niño, en los años 90, solía jugar la estrategia de civilización espacial de Ascendencia. En él, los planetas podrían estar equipados con el llamado rayo tractor (un rayo de captura) que fue capaz de atraer objetos desde el espacio. Me sorprendió cuando viví para ver la invención de un dispositivo similar, aunque en miniatura.
Cómo ha dejado de importar el tamaño
Los primeros levitadores acústicos de un solo haz fueron desarrollados por varios científicos, incluidos Asier Marzo de Bristol y el brasileño Marco Aurelio Britzotti Andrade de la Universidad de São Paulo. Pudieron lograr la levitación de objetos con un diámetro de no más de 4 milímetros. El tamaño máximo de los objetos que dicho levitador levantó en el aire debería haber sido menor que la longitud de la onda estacionaria.
Esta vez, los científicos de Bristol pudieron superar esta limitación fundamental utilizando un algoritmo especial para controlar los emisores. Gracias al sistema de control de radiación, la forma hemisférica y el cálculo preciso de la potencia de las fuentes de radiación ultrasónica, fue posible crear vórtices acústicos capaces de sostener un objeto grande. El nuevo levitador esférico combina 192 emisores ultrasónicos con una frecuencia de 40 kHz (la longitud de onda en NU es de 0.87 cm). Los emisores están montados en la superficie interna de una esfera con un diámetro de 192 mm.
Gracias al algoritmo de control de señal ultrasónica, se crean varios vórtices con la misma helicidad y diferentes direcciones. En la zona de su acción, surgen regiones locales de alta presión que sostienen el objeto. El diámetro máximo de la bola que el aparato de Bristol levantó en el aire es de 1,6 cm, que es casi 2 veces más que la longitud de onda que crea el dispositivo. Además, el dispositivo puede cambiar la velocidad de rotación de la pelota, debido a cambios en la dirección de los vórtices ultrasónicos.
Efectos bidimensionales inesperados
Experimentos de científicos han demostrado que cuando se fija una de las coordenadas (por ejemplo, cuando un objeto está en la superficie), un nuevo levitador de construcción puede capturar y rotar objetos que son 5-6 veces más largos que la longitud de onda. Este efecto abre nuevas posibilidades para el uso de dispositivos con vórtices acústicos. Se supone que deben usarse para crear centrifugadoras y sistemas de control de laboratorio para micro y macro partículas.
Resumen
Los éxitos del equipo de Bristol (Asier Marzo, Mihai Caleap y Bruce W. Drinkwater) muestran que, probablemente, en un futuro cercano, los levitadores acústicos se utilizarán para crear laboratorios y luego equipos industriales.
Quizás en el futuro previsible, la levitación acústica podrá reemplazar el magnético, que hoy se utiliza activamente para crear el diseño original de varios dispositivos, incluidos altavoces y reproductores de vinilo. Es posible que algún día la humanidad vea un poderoso haz acústico del tractor (como en Ascendancy), capaz de arreglar y mover objetos realmente grandes.