Pablo Javier PiacenteCientíficos de la Universidad Metropolitana de Tokio han conseguido la levitación de diminutos objetos a través de técnicas de ultrasonido. La metodología acústica ofrece algunas ventajas con relación a la tecnología óptica: por ejemplo, se puede aplicar a una gama más amplia de tamaños de objetos y materiales.
La capacidad de mover objetos sin tocarlos no es parte de la magia: la biología y la química, mediante la tecnología conocida como pinza óptica, han utilizado la luz para mover objetos microscópicos durante muchos años. Ahora, la levitación y la manipulación acústicas prometen iniciar un nuevo camino.
Pinzas ópticas y acústicas
Las pinzas ópticas son instrumentos que emplean un rayo láser altamente enfocado para sostener y mover objetos como átomos, nanopartículas y gotas, de una manera similar a las pinzas físicas tradicionales. Cuando el objeto se mantiene en el aire o al vacío sin soporte adicional, se puede hablar de una levitación óptica.
La levitación es posible únicamente si la fuerza de la luz logra contrarrestar a la fuerza de la gravedad. Generalmente, las partículas atrapadas por estas pinzas ópticas son de tamaño milimétrico o incluso más pequeñas.
En tanto, las pinzas acústicas logran el mismo objetivo pero mediante ondas sonoras. El objeto a levitar debe ser considerablemente más pequeño que la longitud de onda del sonido utilizado.
Este enfoque se utiliza normalmente para manipular partículas microscópicas, pero además se ha comprobado que las ondas acústicas son seguras para los objetos biológicos, por lo que se convierten en una alternativa ideal para aplicaciones biomédicas.
En un campo acústico, los objetos son atraídos por una fuerza de radiación acústica que los mueve a regiones específicas del mencionado campo. En función de las propiedades de cada objeto, se puede inducir a que se mueva a nodos de presión acústica mínima o máxima.
¿Luz o sonido?
De acuerdo a una nota de prensa, la nueva tecnología desarrollada por los investigadores japoneses estaría indicando que el cambio de la luz por el sonido podría ser vital para el desarrollo de una nueva generación de dispositivos técnicos de levitación, con una amplia gama de aplicaciones en múltiples campos y disciplinas.
Aunque las pinzas acústicas no son una novedad y han existido durante el mismo tiempo que sus contrapartes ópticas, utilizan un enfoque tecnológico que puede ser especialmente prometedor para entornos de laboratorio, por ejemplo. A pesar de esto, aún es necesario superar varios desafíos técnicos para lograr aprovechar al máximo esta alternativa.
Quizás el aspecto más importante es lograr controlar con precisión y en tiempo real la generación de los campos acústicos necesarios para levantar objetos lejos de las fuentes mismas de producción de ultrasonidos, según indicaron los especialistas. El nuevo estudio fue publicado en la revista Japanese Journal of Applied Physics.
Tema relacionado: Levitación acústica para introducir material genético en las células sin tocarlas.
Potencial práctico
El sistema desarrollado en esta investigación logra encontrar las mejores fases y amplitudes sonoras para producir un campo acústico 3D que permite atrapar los objetos. Al ajustar determinados parámetros, el dispositivo puede modificar la posición de su objetivo y mover la partícula que se ha atrapado en distintas direcciones.
Sin embargo, todavía no es tan sencillo mantener las partículas atrapadas y estables, es así que queda aún un largo camino por recorrer en la búsqueda de optimizar esta nueva tecnología. Pero es muy probable que en un futuro cercano la levitación acústica deje de ser una curiosidad exclusivamente científica y se convierta en una herramienta con aplicaciones prácticas concretas.
Referencia
Mid-air acoustic tweezers for non-contact pick up using multi-channel controlled ultrasonic transducer arrays. Shota Kondo et al. Japanese Journal of Applied Physics (2021).DOI:https://doi.org/10.35848/1347-4065/abfebd
Foto: levitación mediante técnicas de ultrasonido: el dispositivo logra levantar una bola de poliestireno mediante la acción de un campo acústico. Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio.
Sr Piacente, soy un admirador de sus artículos, siempre sobre temas punteros, y con una explicación, al alcance del profano!
Gracias por este artículo de levitación ultrasonica.
Sorprendente el campo magnífico ya había sido probado en Alemania y gracias a su resultado se logró también la levitación,esto trajo como consecuencia la construcción de un tren que funciona por campo electromagnético,que levita,hoy la levitación por campo acústico es otra maravilla de la investigación vientica,japonesa.
Hay quienes sospechan que las Pirámides de Egipto fueron construidas con un sistema similar al aquí descripto, pero de mayor potencia.