Um pequeno objeto pode permanecer em levitação a quase 40 cm de uma fonte sonora.
Essa experiência baseia-se na levitação acústica. Ultrassons, agudos demais para serem ouvidos pelo ouvido humano, exercem uma força sobre um objeto e podem compensar seu peso. A técnica permite, assim, manter pequenos objetos no ar sem tocá-los, o que é especialmente interessante para a manipulação de materiais frágeis ou sensíveis à contaminação.
Demonstração experimental e simulação numérica da levitação além de um obstáculo.
(a) Campo de pressão acústica simulado, mostrando a reconstrução do perfil do feixe além do obstáculo.
(b) Fotografia de uma partícula em levitação acima do obstáculo.
Normalmente, a levitação acústica utiliza dois lados: fontes sonoras opostas ou uma fonte voltada para um refletor. As ondas combinam-se então para criar zonas onde o objeto permanece preso. Também existem dispositivos que funcionam de um único lado, mas seu alcance estava limitado a alguns centímetros.
A equipe da Universidade de Tsukuba, da Universidade de Bristol e da Pixie Dust Technologies mudou a maneira de manter o objeto suspenso. Em vez de colocá-lo em uma zona de baixa pressão sonora, ela o mantém no centro de uma zona onde essa pressão é elevada. Essa configuração havia sido prevista pela teoria, mas sua estabilidade em três dimensões ainda não havia sido demonstrada experimentalmente no ar.
Para isso, os pesquisadores utilizam um feixe de ultrassons específico, chamado feixe de Bessel. Sua parte central permanece estreita e intensa ao longo de uma distância relativamente grande. O aparelho contém 256 pequenos emissores que funcionam a 40 kHz, controlados em conjunto para moldar as ondas sonoras no espaço.
Com esse sistema, uma esfera de poliestireno expandido de 1,5 mm de diâmetro foi mantida entre 141 e 397 mm da fonte. O alcance máximo chega, portanto, a quase 40 cm. Nas mesmas condições, uma técnica unilateral convencional usada para comparação alcançava 66,7 mm, ou seja, cerca de seis vezes menos.
A esfera não fica apenas suspensa em um ponto fixo. Ao modificar o feixe, a equipe conseguiu movê-la nas três dimensões. Os pesquisadores também fizeram vários objetos levitarem ao mesmo tempo e testaram formas não esféricas, especialmente pedaços de folha de chá seca e de aerogel.
Outra particularidade é que o feixe pode se recompor depois de encontrar certos obstáculos. Os pesquisadores conseguiram, assim, manter objetos além de um obstáculo colocado em seu trajeto. Essa propriedade deixa mais espaço livre ao redor da área de trabalho do que um sistema que envolve o objeto com várias fontes.
Os testes envolvem, por enquanto, objetos milimétricos muito leves. O método poderia ser usado em experiências automatizadas, na manipulação sem contato ou em certos tipos de exibição tridimensional. As próximas pesquisas deverão esclarecer, em particular, seu comportamento com objetos de diferentes naturezas e em ambientes menos controlados.