Pinças sônicas manipulam objetos no ar sem contato

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/08/2021

Bola de poliestireno (laranja) mantida estável acima da matriz de transdutores ultrassônicos.
[Imagem: Shota Kondo et al. - 10.35848/1347-4065/abfebd]

Pinças de luz e de som

Pesquisadores japoneses desenvolveram uma nova tecnologia que permite a manipulação de pequenos objetos sem contato, usando ondas sonoras.

Eles usaram uma matriz hemisférica de alto-falantes que emitem ondas na faixa do ultrassom para gerar campos acústicos 3D que capturaram e levantaram de forma estável pequenos objetos, como uma bola de poliestireno.

Embora a técnica empregue um método semelhante às pinças ópticas, em que lasers são usados para prender objetos microscópicos, a tecnologia de pinças sônicas é adaptável a uma ampla gama de tamanhos de partículas e materiais.

A tecnologia conhecida como pinça óptica, ou armadilha óptica, tem ajudado os pesquisadores da biologia e da química a mover objetos microscópicos há anos - metade do Prêmio Nobel de Física de 2018 foi concedido a Arthur Ashkin (1922-2020) pelo desenvolvimento dessa tecnologia. Mas o uso da luz laser tem seus problemas, particularmente quanto aos limites impostos às propriedades dos objetos que podem ser presos e movidos.

É aí que entra a pinça óptica, ou armadilha acústica, uma alternativa que usa som em vez de luz. Embora a levitação sônica já esteja bem desenvolvida, os desafios técnicos para prender e movimentar a partícula - e não apenas fazê-la flutuar - ainda são grandes. Em particular, não é fácil controlar individualmente e com precisão vastas matrizes de transdutores (alto-falantes) de ultrassom em tempo real e obter os campos sonoros corretos para levantar os objetos longe dos próprios transdutores, onde possam ser usados nas pesquisas.

A grande vantagem deste sistema está na simplicidade do gerenciamento dos alto-falantes, o que permite gerar efeitos de pinça em qualquer posição.
[Imagem: Shota Kondo et al. - 10.35848/1347-4065/abfebd]

Pinças acústicas

Agora, Shota Kondo e Kan Okubo, da Universidade Metropolitana de Tóquio, desenvolveram uma nova abordagem para levantar objetos de tamanho milimétrico de uma superfície acusticamente reflexiva usando um conjunto hemisférico de transdutores.

A técnica para controlar a matriz de alto-falantes não depende do complexo endereçamento de som para cada transdutor individualmente. Em vez disso, a matriz é subdividida em blocos gerenciáveis, com um filtro inverso sendo usado para encontrar as melhores conjugações de fase e amplitude para criar uma única armadilha a alguma distância dos próprios transdutores.

Ajustando como acionar cada bloco de alto-falantes ao longo do tempo, os pesquisadores demonstraram que seu aparato consegue mudar a posição de seu campo sônico, movendo a partícula que capturaram de forma controlada.

Embora ainda seja preciso melhorar a capacidade de manter as partículas presas e estáveis, esta nova tecnologia promete grandes avanços no sentido de transformar o aprisionamento acústico de uma curiosidade científica em uma ferramenta prática no laboratório e na indústria, argumenta a dupla de pesquisadores.

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