A tecnologia de
pinças acústicas é conhecida desde 1986. É baseado no fenômeno da
levitação acústica e utiliza ondas ultrassônicas para levantar objetos a alguns milímetros no ar. Até recentemente, os cientistas só podiam manipular uma bola de plástico. Agora é possível levitar muitos objetos ao mesmo tempo e controlar seus movimentos separadamente. Em Habré, houve
um artigo dedicado aos princípios do trabalho em tecnologia. Falaremos sobre seu potencial e análogos.
Foto Morgan / CC BYBrevemente sobre o que é a tecnologia
Pesquisadores da Universidade Popular de Navarra, na Espanha, e da Universidade de Bristol, no Reino Unido
, criaram uma instalação na forma de uma espécie de "caixa", dentro da qual estão localizadas acima e abaixo das matrizes de emissores ultrassônicos. No total, o sistema utiliza 512 alto-falantes com um diâmetro menor que um centímetro, emitindo ondas a uma frequência de 40 KHz.
Com a ajuda de refletores especiais, os engenheiros podem formar as chamadas
ondas estacionárias . Eles têm a mesma amplitude e frequência, mas diferem na fase. Assim, entre as ondas sonoras, seções "vazias" do mesmo tamanho são formadas com
pressão sonora zero, elas mantêm objetos no ar. Esses objetos podem ser pedaços de plástico ou gotas de líquido. O movimento de objetos individuais independentemente um do outro ocorre devido a uma mudança na fase das ondas estacionárias. Um algoritmo especial baseado no método de
propagação traseira é responsável por isso. Os autores da tecnologia a
comparam com dedos que capturam e movem objetos dentro do campo. Usando 512 alto-falantes, os pesquisadores conseguiram controlar 12 bolas de espuma.
Qual é o potencial
Segundo os autores, a levitação acústica (“pinças acústicas”) pode substituir outra tecnologia - “
pinças ópticas ”, para a descoberta da qual o Prêmio Nobel de Física foi concedido em 2018. As pinças ópticas usam um feixe de laser para mover objetos microscópicos (moléculas e partículas).
Mas essa abordagem tem uma desvantagem - é
cara , e um laser pode danificar células ou organismos vivos em contato. Pinças acústicas são desprovidas dessas deficiências. Portanto, propõe-se que seja utilizado em medicina e pesquisa biológica. Por exemplo, uma pinça acústica ajudará a direcionar moléculas de droga para a área desejada do corpo do paciente ou a realizar operações microcirúrgicas.
Outra
aplicação possível é a criação de telas e hologramas 3D a partir de
voxels ou pixels tridimensionais. As soluções existentes para gerar projeções em 3D são baseadas nos fenômenos de reflexão da luz e, portanto, esses hologramas são visíveis apenas em um determinado ângulo. O ultrassom ajudará a formar imagens tridimensionais a partir de partículas materiais, o que não comprometerá os ângulos de visão das “telas”.
Além disso, é
proposta uma pinça acústica
para ser usada na produção de microeletrônica. Com a ajuda do ultrassom, você pode mover pequenas partículas e automatizar a criação de dispositivos que até então eram coletados apenas à mão.
Até agora, a tecnologia só pode funcionar no ar, mas, no futuro, os autores planejam avaliar as capacidades das pinças acústicas em um líquido.
Desenvolvimentos semelhantes
Existem vários outros desenvolvimentos baseados no princípio da levitação acústica. O primeiro deles é o "selo líquido" que foi
criado em Harvard.
A invenção é uma impressora com um bico especial, no qual um gerador de ondas estacionárias é integrado. O som forma gotículas de líquido do mesmo tamanho predeterminado e as aplica ao substrato. Propõe-se que o dispositivo seja utilizado em produtos farmacêuticos, na produção de materiais ópticos e em outras áreas em que a dosagem exata de uma substância é importante.
Outro projeto foi apresentado por engenheiros da Universidade Nacional Autônoma do México. Sua instalação
utiliza levitação acústica juntamente com
espectrometria de emissão de faísca a laser para detectar metais pesados na água.
A substância de teste é irradiada com um laser e transferida para o estado
plasmático . Medindo a radiação espectral de um plasma, pode-se determinar a concentração de elementos individuais nele. Na Universidade do México, levitação acústica foi usada para manter uma gota de água em uma posição. Isso torna possível obter resultados de análise mais precisos e de alta qualidade.
Foto Gaetano Virgallito / CC BY-NDAlém disso, a decisão dos desenvolvedores permitiu realizar pesquisas fora do laboratório equipado, usando espectrômetros portáteis. Isso ajudará no estudo da composição da água em regiões com más condições ambientais, porque as análises podem ser realizadas com mais frequência.
A terceira solução dos cientistas alemães
usa levitação acústica para criar um campo ultrassônico de uma determinada forma. Isso permite criar partículas físicas na ordem desejada. Espera-se que o sistema encontre aplicação na medicina - ajudará a melhorar o tratamento com ultrassom, por exemplo, é mais eficaz para restaurar músculos danificados devido à ação direcionada do campo.
Em geral, o potencial de levitação acústica é vasto. Pode ser usado tanto na produção,
por exemplo, para mover objetos quentes quanto na medicina - para realizar operações precisas. Num futuro próximo, podemos esperar que novas formas de aplicação da tecnologia sejam propostas.
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