TEHNOLOGIJA I ZNANOST

Znanstvenici koriste zvučne valove za upravljanje i levitiranje

Autor: Denis Pellegrini

Matrix World

Tim znanstvenika iz Zuricha, Švicarska razvili su akustičnu metodu lebdjenja što im omogućuje da objekti plutaju jedan u blizini drugoga te dovesti ih u kontakt.

Koristeći ultrazvučne valove – što su zvučni valovi čija je frekvencija previsoka za ljudski sluh – znanstvenici na Švicarskom saveznom institutu za tehnologiju u Zurichu postigli su da kapi vode, instant kava, mrvice stiropora, čačkalice i mnogi drugi predmeti  ostanu u zraku, pomiču ih ravno i sudarajući ih. Po prvi su puta znanstvenici zvanično u mogućnosti koristiti zvuk za simultano lebdjenje više predmeta jednog do drugog i pomicati ih uokolo.

0716-acoustic-levitation_full_600

Kapljica vode i zrno instant kave

Kao što svatko sa subwooferom zna, zvučni valovi vrše pritisak. Kada se zvučni valovi odbijaju između pažljivo poravnatih površina, može se stvoriti takozvani stajaći val u kojem ukupni pritisak početnog vala i njegova refleksija poništavaju jedan drugog. Objekti smješteni na mjestima uz val s najmanjom amplitudom, poznatim kao čvorište, imaju tendenciju stajanja.

U prošlosti, znanstvenici su bili u mogućnosti zvukom podignuti komadiće stiropora, male insekte i ribe. Do sada nitko nije saznao kako da lebdeći objekti rade bilo što osim da  samo stoje, iako je njihovo pokretanje teoretski moguće.

„Teoretski nema razlike između teorije i prakse ali u praksi ima razlike“, kaže vodeći inženjer studije Daniele Foresti.

Dr. Foresti i njegov tim razvili su zvučno – emitirajuću platformu koja koristi sučelje piezoelektričnog kristala koji se širi i skuplja primjenjujući na njemu različite napone. Brze promjene u formi kristala proizvode ultrazvučne valove koji se odbijaju od plastične ploče iznad platforme. Piezoelektrični efekt  je pojava stvaranja električnog naboja na površini posebno odrezanog kristala  koji je elastično deformiran vanjskom silom. Jedna strana (površina) tog kristala nabit će se negativno, a druga pozitivno. Dakle, kristal postaje električki polariziran. Polarizacija kristala je najveća kada je naprezanje usmjereno u pravcu piezoelektrične osi kristala. Promjenom smjera deformacije  dolazi do polarizacije obrnutog smjera.

Pažljivim moduliranjem napona primijenjenog na svaki kristal, Foresti i njegov tim mogli su prenositi predmete na različite kvadrate table koja se koristi za igranje dame: vrtili su čačkalicu, unijeli su kap vode u zrnce instant kave, doveli su vodu u kontakt s natrijevim metalom, uzrokujući sićušnu eksploziju.

ku-medium

„Ono što me najviše zapanjuje je činjenica da je sam koncept ekstremno jednostavan. Ali učiniti ga da funkcionira ekstremno je komplicirano“, kaže dr. Foresti. „Uloženo je mnogo truda za optimiziranje dizajna i kontrolu jačine“.

Sposobnost manipuliranja stvarima bez dodirivanja obećava bogatstvo primjene od materijalne znanosti do biologije. Primjerice, nukleinska se kiselina može uvesti u stanice što je proces poznat pod nazivom DNK transfekcija i to bez straha od kontaminacije.

„Možeš se igrati s ćelijama u kapljici“, kaže Foresti.

Akustično levitirajuće daske za skejtanje još su daleko u budućnosti, ako se netko uskoro nada realiziranju scena iz filma Povratak u budućnost, ali Foresti se nada da će drugi istraživači naći nove primjene ove metode.

„To je igračka“, kaže. „Nadam se da će biti korisna za nešto“.