Las pinzas del sonido pueden recoger objetos sin contacto físico

Un conjunto hemisférico de transductores de ultrasonidos levanta objetos de las superficies reflectantes

27.07.2021 - Japón

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado una nueva tecnología que permite manipular sin contacto pequeños objetos mediante ondas sonoras. Utilizaron un conjunto semiesférico de transductores de ultrasonidos para generar un campo acústico 3D que atrapó y levantó de forma estable una pequeña bola de poliestireno de una superficie reflectante. Aunque su técnica emplea un método similar al de la captura por láser en biología, se puede adaptar a una gama más amplia de tamaños de partículas y materiales.

La capacidad de mover objetos sin tocarlos puede sonar a magia, pero en el mundo de la biología y la química, la tecnología conocida como atrapamiento óptico ha ayudado a los científicos a utilizar la luz para mover objetos microscópicos durante muchos años. De hecho, la mitad del Premio Nobel de Física 2018, otorgado a Arthur Ashkin (1922-2020) fue en reconocimiento a los notables logros de esta tecnología. Pero el uso de la luz láser no está exento de fallos, en particular los límites impuestos a las propiedades de los objetos que se pueden mover.

La captura acústica es una alternativa que utiliza el sonido en lugar de las ondas ópticas. Las ondas sonoras pueden aplicarse a una gama más amplia de tamaños de objetos y materiales, hasta el punto de que es posible manipular con éxito partículas de tamaño milimétrico. Aunque no existen desde hace tanto tiempo como sus homólogos ópticos, la levitación y la manipulación acústicas son excepcionalmente prometedoras tanto en el laboratorio como fuera de él. Pero los retos técnicos que hay que superar son grandes. En particular, no es fácil controlar individualmente y con precisión vastas matrices de transductores de ultrasonidos en tiempo real, y conseguir los campos sonoros adecuados para levantar objetos lejos de los propios transductores, especialmente cerca de superficies que reflejan el sonido.

Ahora, el investigador Shota Kondo y el profesor asociado Kan Okubo, de la Universidad Metropolitana de Tokio, han ideado un nuevo método para levantar objetos de tamaño milimétrico de una superficie reflectante mediante un conjunto semiesférico de transductores. Su método de accionamiento del conjunto no implica el complejo direccionamiento de los elementos individuales. En su lugar, dividen el conjunto en bloques manejables y utilizan un filtro inverso que encuentra la mejor fase y amplitud para conducirlos y hacer una sola trampa a cierta distancia de los propios transductores. Ajustando la forma de accionar los bloques a lo largo del tiempo, pueden cambiar la posición de su campo objetivo y mover la partícula que han atrapado. Sus hallazgos están respaldados por simulaciones de los campos acústicos 3D creados por los conjuntos y, por supuesto, por sus experimentos con una bola de poliestireno, que hablan por sí mismos.

Aunque sigue siendo difícil mantener las partículas atrapadas y estables, esta nueva y emocionante tecnología promete grandes avances para que la captura acústica deje de ser una curiosidad científica y se convierta en una herramienta práctica en el laboratorio y la industria.

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