Cientistas britânicos e físicos da Universidade de Bristol desenvolveram um levitador acústico, capaz de usar um único feixe de ultrassom para levantar no ar e reter objetos por mais tempo que o comprimento de onda. Os autores anunciaram um experimento bem-sucedido há um mês nas páginas da Physical Review Letters. Detalhes do estudo também são publicados
aqui.
Segundo os físicos, eles conseguiram realizar o experimento, graças à criação de um vórtice acústico, que fazia uma bola com um diâmetro de um centímetro e meio voar e se manter acima da superfície do emissor. Se você não está ciente, antes do comprimento de onda era uma limitação fundamental e fundamental para os levitadores acústicos de feixe único. Ainda mais cedo, o problema era a própria criação de um levitador usando um único feixe. Para obter o efeito, duas fontes de ultra-som foram usadas. O tópico me pareceu interessante e significativo. Sob o corte, mais sobre a levitação acústica de objetos e o estudo dos britânicos.
Algumas palavras sobre levitação acústica
Wiki define levitação acústica como
"Uma posição estável de um objeto pesado em uma onda acústica permanente."
Esse fenômeno é conhecido desde 1934, quando foi teoricamente provado por L. King, no final de 1961, as conclusões sobre a possibilidade do fenômeno foram feitas por L.P. Gorkov.
A essência do princípio no qual os levitadores acústicos operam é criar interferência de ondas sonoras coerentes, o que leva ao aparecimento de áreas locais de aumento de pressão. Devido a isso, o corpo pode ser mantido em uma área específica do espaço, além de se mover.
Os cientistas que lidam com o tema da levitação acústica acreditam no grande futuro desse fenômeno. Projetos futuristas envolvem levantar e mover vários objetos, equipar sistemas de gerenciamento de armazém com levitadores e aplicação em portos e fábricas. No entanto, os levitadores ainda estão muito longe de tal massa e tamanho. Uma das áreas em que esses dispositivos poderão provar a si mesmos em um futuro próximo são as tecnologias farmacológicas, onde há necessidade de levitação acústica para aumentar o grau de purificação de substâncias.
Digressão lírica
Quando criança, nos anos 90, eu costumava jogar a estratégia de civilização espacial Ascendancy. Nele, os planetas poderiam ser equipados com os chamados raio do trator (um raio de captura) capaz de atrair objetos do espaço. Fiquei surpreso quando vivi ao ver a invenção de um dispositivo semelhante, embora em miniatura.
Como o tamanho deixou de importar
Os primeiros levitadores acústicos de feixe único foram desenvolvidos por vários cientistas, incluindo Asier Marzo, de Bristol, e o brasileiro Marco Aurelio Britzotti Andrade, da Universidade de São Paulo. Eles conseguiram levitar objetos com um diâmetro não superior a 4 milímetros. O tamanho máximo de objetos que esse levitador levantou no ar deveria ter sido menor que o comprimento da onda estacionária.
Desta vez, os cientistas de Bristol conseguiram superar essa limitação fundamental usando um algoritmo especial para controlar emissores. Graças ao sistema de controle de radiação, formato hemisférico e cálculo preciso da potência das fontes de radiação ultrassônica, foi possível criar vórtices acústicos capazes de reter um objeto grande. O novo levitador esférico combina 192 emissores ultrassônicos com uma frequência de 40 kHz (o comprimento de onda em NU é 0,87 cm). Os emissores são montados na superfície interna de uma esfera com um diâmetro de 192 mm.
Graças ao algoritmo de controle de sinal ultrassônico, vários vórtices são criados com o mesmo helicóptero e direções diferentes. Na zona de sua ação, surgem regiões locais de alta pressão que mantêm o objeto. O diâmetro máximo da bola que o aparelho Bristol levantou no ar é de 1,6 cm, o que é quase duas vezes mais que o comprimento de onda que o dispositivo cria. Além disso, o dispositivo é capaz de alterar a velocidade de rotação da bola, devido a mudanças na direção dos vórtices ultrassônicos.
Efeitos bidimensionais inesperados
Experimentos de cientistas mostraram que, ao fixar uma das coordenadas (por exemplo, quando um objeto está na superfície), um novo levitador de construção é capaz de capturar e girar objetos que são 5-6 vezes maiores que o comprimento de onda. Esse efeito abre novas possibilidades para o uso de dispositivos com vórtices acústicos. Eles devem ser usados para criar centrífugas e sistemas de controle de laboratório para micro e macro partículas.
Sumário
Os sucessos da equipe de Bristol (Asier Marzo, Mihai Caleap e Bruce W. Drinkwater) mostram que, provavelmente, em um futuro próximo, levitadores acústicos serão usados para criar laboratório e equipamentos industriais posteriores.
Talvez no futuro previsível, a levitação acústica possa substituir o magnético, que hoje é usado ativamente para criar o design original de vários dispositivos, incluindo alto-falantes e tocadores de vinil. É possível que um dia a humanidade veja um poderoso feixe de trator acústico (como em Ascendancy), capaz de fixar e mover objetos realmente grandes.