Un pequeño objeto puede permanecer levitando a casi 40 cm de una fuente sonora.
Esta experiencia se basa en la levitación acústica. Los ultrasonidos, demasiado agudos para ser oídos por el oído humano, ejercen una fuerza sobre un objeto y pueden compensar su peso. La técnica permite así mantener pequeños objetos en el aire sin tocarlos, lo que resulta de especial interés para manipular materiales frágiles o sensibles a la contaminación.
Demostración experimental y simulación numérica de la levitación más allá de un obstáculo.
(a) Campo de presión acústica simulado, que muestra la reconstrucción del perfil del haz más allá del obstáculo.
(b) Fotografía de una partícula levitando sobre el obstáculo.
Habitualmente, la levitación acústica utiliza dos lados: fuentes sonoras enfrentadas o una fuente frente a un reflector. Las ondas se combinan entonces para crear zonas donde el objeto queda atrapado. También existen dispositivos que funcionan desde un solo lado, pero su alcance se limitaba a unos pocos centímetros.
El equipo de la Universidad de Tsukuba, la Universidad de Bristol y Pixie Dust Technologies ha cambiado la forma de retener el objeto. En lugar de colocarlo en una zona de baja presión sonora, lo mantiene en el centro de una zona donde esta presión es elevada. Esta configuración había sido predicha por la teoría, pero su estabilidad en tres dimensiones aún no se había demostrado experimentalmente en el aire.
Para conseguirlo, los investigadores utilizan un haz de ultrasonidos particular, llamado haz de Bessel. Su parte central se mantiene estrecha e intensa a lo largo de una distancia relativamente grande. El dispositivo cuenta con 256 pequeños emisores que funcionan a 40 kHz, controlados conjuntamente para dar forma a las ondas sonoras en el espacio.
Con este sistema, una esfera de poliestireno expandido de 1,5 mm de diámetro se mantuvo entre 141 y 397 mm de la fuente. El alcance máximo alcanza, por tanto, casi 40 cm. En las mismas condiciones, una técnica unilateral convencional utilizada como comparación alcanzó 66,7 mm, es decir, aproximadamente seis veces menos.
La esfera no queda simplemente suspendida en un punto fijo. Al modificar el haz, el equipo pudo desplazarla en las tres dimensiones. Los investigadores también hicieron levitar varios objetos a la vez y probaron formas no esféricas, especialmente fragmentos de hoja de té seca y de aerogel.
Otra particularidad es que el haz puede volver a formarse después de encontrarse con ciertos obstáculos. Así, los investigadores mantuvieron objetos más allá de un obstáculo colocado en su trayectoria. Esta propiedad deja más espacio libre alrededor de la zona de trabajo que un sistema que rodea el objeto con varias fuentes.
Por ahora, las pruebas se refieren a objetos milimétricos muy ligeros. El método podría servir para realizar experimentos automatizados, manipular objetos sin contacto o desarrollar determinadas visualizaciones tridimensionales. Las próximas investigaciones deberán precisar especialmente su comportamiento con objetos de distinta naturaleza y en entornos menos controlados.