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Mecânica

Raio trator sônico puxa objetos grandes

Com informações da APS - 05/05/2014

Raio trator puxa objetos grandes com ondas sonoras
O raio trator de som manipula a pressão radiativa das ondas sonoras, permitindo levar e trazer o objeto ao longo de dois campos planares de ondas (c). [Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Puxando em qualquer lugar

Raios tratores que puxam micropartículas já são realidade nos laboratórios há algum tempo.

Apesar de conseguir puxar apenas micropartículas em condições atmosféricas, no espaço a força do raio trator fotônico pode ser suficiente para deslocar objetos de maior massa.

Mas Christine Démoré e seus colegas da Universidade de Dundee, na Escócia, mostraram que é possível construir um raio trator capaz de puxar objetos macroscópicos aqui embaixo também.

Para isso, ela substituiu os raios de luz por feixes de ondas sônicas - em outras palavras, puxando objetos usando ondas sonoras - e fez tudo funcionar dentro d'água.

Raio trator fotônico

A ideia de um raio trator, disseminado pela ficção científica, fez muita gente torcer o nariz durante décadas porque, desde Maxwell e sua teoria eletromagnética, sabe-se que a luz tem um momento linear, exercendo uma pressão na matéria na direção de sua propagação.

Sua capacidade de puxar alguma coisa só foi demonstrada teoricamente por Arthur Ashkin nos anos 1970, por meio de um fenômeno chamado "pressão radiativa negativa", um componente da força óptica que surge pela interação entre os gradientes de intensidade presentes no feixe de luz.

Mas faltavam as técnicas de nanofabricação e o avanço da própria fotônica para criar o primeiro raio trator fotônico capaz de puxar partículas na prática, o que foi feito em 2012.

Raio trator puxa objetos grandes com ondas sonoras
O feixe sônico foi gerado usando uma matriz quadrada com cerca de 1.000 transdutores operando na faixa de frequência dos ultrassons. [Imagem: Christine E. M. Démoré et al./10.1103/PhysRevLett.112.174302]

Raio trator sônico

Recentemente, pesquisadores em acústica demonstraram que existe uma força oposta à direção de propagação também no caso de uma onda sonora, abrindo a possibilidade de que essas ondas sejam controladas para puxar objetos em direção à fonte de som.

A principal vantagem é que, com comprimentos de onda muito maiores, é possível puxar objetos grandes.

Démoré e seus colegas demonstraram que o raio trator acústico puxa objetos na faixa dos centímetros, cerca de seis ordens de magnitude maiores do que as partículas manipuladas pelos raios tratores de luz ou pelas suas parentes mais próximas, as pinças ópticas.

O feixe sônico foi gerado usando uma matriz quadrada com cerca de 1.000 transdutores, operando na faixa de frequência dos ultrassons (550 kHz), colocada na base de um recipente com água.

Cada pequeno alto-falante pode ser controlado ou programado previamente de forma independente, permitindo realizar uma modulação espacial precisa no campo acústico.

Essa modulação permitiu construir dois campos planares de ondas, que capturam o objeto - mantido inicialmente por um campo de equilíbrio - permitindo sua manipulação precisa.

Usos médicos

Antes de serem usados para puxar submarinos ou tesouros do fundo do mar, contudo, os pesquisadores afirmam que o raio trator sônico abre caminho para novas técnicas no campo da biomedicina.

Graças ao avanço na manipulação dos campos sônicos, individualmente e agregados, torna-se possível gerar, por exemplo, campos de ultrassom estruturados e de alta intensidade para exames e tratamentos médicos de alta precisão.

"A interação entre matéria e ondas sempre parece surpreender os cientistas de maneiras novas. Quanto mais avançamos no estudo e geração de campos de onda estruturados e novos materiais, maior a possibilidade de descobrir novos efeitos e aplicações," escreveu a física mexicana Karen Volke-Sepúlveda em um comentário feito sobre a pesquisa para a American Physical Society.

Bibliografia:

Acoustic Tractor Beam
Christine E. M. Démoré, Patrick M. Dahl, Zhengyi Yang, Peter Glynne-Jones, Andreas Melzer, Sandy Cochran, Michael P. MacDonald, Gabriel C. Spalding
Physical Review Letters
Vol.: 112, 174302
DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.174302
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