Imprimir Republicar

FÍSICA

Suspensión mediante el sonido

Un dispositivo de levitación acústica puede ayudar en el manipuleo de sustancias delicadas

Nuevo levitador que permite la suspensión y manipulación de sustancias livianas

LÉO RAMOSNuevo levitador que permite la suspensión y manipulación de sustancias livianasLÉO RAMOS

Puede parecer un truco de magia, pero lograr que ciertos objetos leviten empleando únicamente el sonido no lo es. Investigadores de la Universidad de São Paulo (USP) desarrollaron un dispositivo que hace exactamente eso. Lo novedoso de ese levitador en relación con otros que se han producido radica en que éste permite un mayor control de las partículas. La tecnología podría facilitar el manipuleo de materiales peligrosos o sustancias químicas sensibles, tales como compuestos que se utilizan en la fabricación de productos farmacéuticos.

El aparato capaz de lograr que pequeñas gotas de poliestireno floten en el aire, desarrollado en el laboratorio del ingeniero Julio Adamowski en la Escuela Politécnica de la USP, tiene básicamente dos partes. Una de ellas, con formato cilíndrico, es responsable de la emisión de ondas sonoras de alta frecuencia, inaudibles para el ser humano. Ése es el transductor. La otra, el reflector, presenta un formato cóncavo y está situada debajo de la primera para repercutir las ondas producidas y así generar la levitación.

Los dispositivos de este tipo no constituyen una novedad. Uno de los primeros levitadores acústicos fue descrito en la literatura científica en 1933 por científicos alemanes. El principio inherente a la flotación de las partículas sigue siendo similar para la mayoría de los levitadores actuales y tiene como base el fenómeno de la resonancia.

Una vez emitidas, las ondas reverberan varias veces entre el transductor y el reflector. En el trayecto, interactúan entre sí y generan resonancia, creando una onda con puntos de mínima (nodos) y máxima presión acústica. A esa onda se la conoce como estacionaria, porque los nodos son puntos fijos, como si tuviese la forma de un 8 con el nodo en el centro. Cuando se deposita una partícula en esa onda estacionaria, la presión producida por el sonido contrarresta la fuerza de gravedad y hace que ésta quede suspendida en el aire, asentada en el nodo de presión de la onda.

El problema radica en que, para generar la resonancia, el transductor y el reflector deben estar separados por una distancia bastante específica: ese valor debe ser un múltiplo de media longitud de onda. Ese precepto torna difícil el transporte de partículas, porque cualquier desplazamiento de una de las partes del dispositivo interrumpe la resonancia y, consecuentemente, la levitación. La idea de los investigadores, entonces, consistió en el desarrollo de un levitador no resonante.

“Construimos un transductor de diámetro pequeño”, explica Marco Andrade, físico de la USP y principal responsable del proyecto, que dirigió en forma conjunta con Adamowski y el ingeniero electricista Nicolás Pérez, de la Universidad de la República, en Uruguay, quien pasó un período en la USP gracias a una beca de la FAPESP. “De este modo, el mismo refleja nuevamente sólo una pequeña fracción de las ondas”. Lo innovador del dispositivo se encuentra en el hecho de que, con éste, bastan escasísimas reflexiones entre el transductor y el reflector para que se genere una onda estacionaria.

Dispositivo resonante capaz de sostener partículas más pesadas

LÉO RAMOSDispositivo resonante capaz de sostener partículas más pesadasLÉO RAMOS

Como la resonancia deja de ser necesaria, ya no existe la obligación de establecer con precisión la distancia entre las dos partes del equipamiento. En realidad, a medida que éstas se alejan o se aproximan, la cantidad de nodos de la onda estacionaria cambia, lo cual puede permitir la levitación de varias partículas simultáneamente. Además, para manipular estas partículas, basta con desplazar el reflector con relación al transductor.

El mecanismo es más grácil y eficaz en comparación con el método resonante, pero tiene una desventaja. La presión que generan las ondas sonoras es menor que la que se genera cuando hay resonancia, lo cual limita el peso de las partículas que logra levitar.

“Anteriormente, ya habíamos construido un levitador resonante capaz de lograr la levitación de esferas de acero, que son unas 150 veces más densas que el poliestireno”, dice el investigador. “Por eso, nuestro próximo paso consiste en perfeccionar el nuevo dispositivo. Pretendemos desarrollar un levitador no resonante capaz de levitar partículas más pesadas, tales como gotas de líquidos y metales”.

Aplicaciones
Los levitadores acústicos resonantes ya se comercializan, con utilidad bastante circunscrita al área académica. La levitación por ondas de sonido se utiliza en investigaciones en las áreas de las ciencias biológicas, ciencia de materiales y química analítica. Es posible, por ejemplo, levitar una muestra de líquido y analizarla con técnicas de espectroscopia.

En el futuro, Andrade considera que habrá un gran potencial de aplicación para los levitadores acústicos en el manipuleo de materiales peligrosos corrosivos o sobrecalentados, y también en la industria farmacéutica. Científicos del Argonne National Laboratory, del Departamento de Energía de Estados Unidos, por ejemplo, procuran utilizar la técnica para mejorar la eficiencia de ciertos medicamentos. La levitación de microgotas que contienen el principio activo de drogas evita su cristalización. Eso permite que, al ingerírselas posteriormente, el organismo las asimile mejor.

Hay otra posible aplicación que podría interesarles a los niños. Según Andrade, la levitación acústica también podría crear una nueva generación de juguetes de alta tecnología. “Como un levitador acústico es un dispositivo de construcción relativamente sencilla, creemos que pronto habrá juguetes basados en esta técnica”.

Artículo científico
ANDRADE, M. A. B. et al. Particle manipulation by a non-resonant acoustic levitator. Applied Physics Letters. v. 106, n. 1, 014101. 5 ene. 2015.

Republicar