El año pasado, Asier Marzo, entonces estudiante de doctorado en la Universidad Pública de Navarra, ayudó a desarrollar el primer haz del tractor acústico de un solo lado, es decir, la primera realización de atrapar y tirar de un objeto usando ondas de sonido desde una sola dirección.Ahora, asistente de investigación en la Universidad de Bristol, Marzo ha liderado un equipo que adaptó la tecnología para que, a todos los efectos, sea imprimible en 3-D por cualquier persona por supuesto, con algún ensamblaje requerido.
Además de un video instructivo completamente detallado que el grupo produjo para el público, los resultados del trabajo de desarrollo de este haz de tractor acústico manual de bricolaje aparecerán esta semana como un documento de acceso abierto letras de física aplicada , de AIP Publishing.
La levitación sónica no es nueva, y el uso de ondas sonoras para empujar objetos macroscópicos, o crear patrones en la arena en reposo y el agua que fluye, se encuentra disperso en YouTube y lo ha sido durante años. Sin embargo, esta tecnología no es simplemente levitación sónica, usando el sonido para empujar objetos.
Basado en una física fundamental similar utilizada para crear trampas ópticas durante décadas, estos haces de tractor son fieles a su nombre en el sentido de que atraen objetos, atrapan pequeñas cuentas, e incluso insectos, en sus focos.
"Lo más importante es que puede atraer la partícula hacia la fuente", dijo Marzo. "Es muy fácil empujar las partículas desde la fuente, pero lo difícil es atraerlas hacia la fuente; atraer las partículas. Cuandomueve el haz del tractor, la partícula se mueve, pero de lo contrario la trampa es estática. Puede levitar plásticos pequeños; también puede levitar una mosca y pequeñas muestras biológicas. Es bastante útil ".
Las primeras versiones del dispositivo que demostraron que el concepto era posible no eran mucho más grandes que estas nuevas versiones imprimibles en 3D. Sin embargo, su tecnología subyacente era más compleja y requería electrónica costosa.
Gran parte del gasto surgió de la matriz de componentes activos que moldearon electrónicamente las ondas de sonido, manipulando cómo y dónde interfieren para crear el entorno de captura de objetos resultante justo por encima de la matriz.
"Anteriormente desarrollamos un rayo tractor, pero era muy complicado y costoso porque requería una matriz de fases, que es un sistema electrónico complejo", dijo Marzo. "En este documento, hicimos un rayo tractor simple y estático que solorequiere una pieza de materia estática "
La simplicidad y asequibilidad de este enfoque pasivo de materia estática proviene de la arquitectura especial de esa materia, diseñada para reemplazar los componentes de la matriz de fase y dar forma a las ondas de sonido estructuralmente en lugar de electrónicamente. Como el sonido, que ahora puede sergenerado a partir de una sola fuente, pasa a través de estos elementos cuidadosamente diseñados, las ondas están conformadas por la estructura interna del material impreso en 3D.
"Podemos modular una onda simple usando lo que se llama metamaterial, que es básicamente una pieza de materia con muchos tubos de diferentes longitudes. El sonido pasa a través de estos tubos y cuando sale del metamaterial, tiene las fases correctas para crear unrayo tractor ", dijo Marzo.
Con un efecto que se determina principalmente por la forma de los tubos, el equipo de investigación se centró en optimizar el diseño para permitir la fabricación con impresoras tridimensionales comunes, asegurando que pudiera ser construido incluso por aficionados en el hogar.
Según Marzo, esto fue principalmente un desafío en la resolución, que requería un diseño que no sufriera la precisión limitada de las boquillas de impresora 3-D de gama baja ". Necesitábamos diseñar los tubos muy bien para permitir que fueran 3-D impreso con una impresora 3-D normal. Una impresora 3-D normal tiene muchas limitaciones ", dijo.
Con esas limitaciones superadas, el grupo desarrolló el resto del sistema de haz del tractor utilizando componentes de fácil acceso, como el conocido proveedor de productos electrónicos de código abierto, Arduino. Incluso produjeron un video detallado para su construcción, un enlacea lo que se incluye a continuación.
"Habrá un conjunto de instrucciones con una lista de los componentes necesarios y un video paso a paso. Los componentes son muy simples, como un Arduino y un controlador de motor, y todo se puede comprar en Amazon por menos de£ 50 alrededor de $ 70 ", dijo Marzo.
Además de impresionar seriamente a los invitados a la cena, estos haces de tractores de bricolaje tienen muchos usos potenciales e incluso pueden convertirse en una nueva herramienta para estudiar los efectos de baja gravedad en muestras biológicas. Marzo señaló que este tipo de investigación de "microgravedad" ya es de interés yalentó a los biólogos a encontrar sus propias aplicaciones para el dispositivo.
"Recientemente ha habido varios documentos sobre lo que sucede si levitamos un embrión, ¿cómo se desarrolla? ¿O qué sucede si levitamos bacterias?", Dijo. "Por ejemplo, descubrieron que la salmonella es tres veces más [virulenta] cuandoestá levitado. Ciertos microorganismos reaccionan de manera diferente a la microgravedad ".
Hay tres diseños del dispositivo, cada uno con perfiles de captura adecuados para diferentes tamaños de objeto en relación con la longitud de onda del sonido utilizado. Sin embargo, incluso para la implementación completa del laboratorio donde el grupo atrapa objetos más pesados e incluso líquidos, atrapando objetos de más de la mitadla longitud de onda del sonido aún representa un desafío. Para frecuencias prácticas, justo por encima de lo que los humanos pueden escuchar, esto limita el tamaño de los objetos atrapables a unos pocos milímetros.
A medida que Marzo y su grupo trabajan para superar este desafío y continúan mejorando las capacidades de sus haces de tractor, la democratización de su tecnología allana el camino para usos y ajustes innumerables de la comunidad de fabricantes. Entonces, la pregunta realmente es: quéQué harías con tu propio rayo tractor?
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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