No ano passado, Asier Marzo, em seguida, um aluno de doutorado na Universidade Pública de Navarra, ajudou a desenvolver o primeiro feixe trator acústico unilateral, isto é, a primeira realização de capturar e puxar um objeto usando ondas sonoras de apenas uma direção. Agora um assistente de pesquisa na Universidade de Bristol, Marzo liderou uma equipe que adaptou a tecnologia para ser, para todos os efeitos, 3-D imprimível por qualquer pessoa (com alguma montagem necessária, claro).

Além de um vídeo explicativo totalmente detalhado que o grupo produziu para o público, os resultados do trabalho de desenvolvimento deste faça você mesmo, O feixe trator acústico portátil aparecerá esta semana como um artigo de acesso aberto em Cartas de Física Aplicada .

A levitação sônica não é nova, e o uso de ondas sonoras para empurrar objetos macroscópicos, ou criar padrões em areia e água corrente, está espalhado por todo o YouTube há anos. Esta tecnologia, Contudo, não é simplesmente levitação sônica, usando o som para empurrar objetos.

Com base em física fundamental semelhante usada para criar armadilhas ópticas por décadas, esses feixes trator são fiéis ao seu nome na medida em que puxam objetos, prendendo pequenas contas - e até insetos - em seus focos.

"O mais importante é que pode atrair a partícula para a fonte, "disse Marzo." É muito fácil empurrar as partículas da fonte, mas o difícil é puxá-los em direção à fonte; para atrair as partículas. Quando você move o feixe trator, a partícula se move, mas, caso contrário, a armadilha é estática. Pode levitar pequenos plásticos; também pode levitar uma mosca e pequenas amostras biológicas. É muito útil. "

As primeiras versões do dispositivo que provaram o conceito possível não eram muito maiores do que essas novas, Versões para impressão 3-D. Contudo, sua tecnologia subjacente era mais complexa e exigia eletrônicos caros.

Grande parte das despesas surgiu da matriz de componentes ativos que moldaram eletronicamente as ondas sonoras, manipular como e onde eles interferem para criar o ambiente de captura de objetos resultante logo acima do array.

"Anteriormente, desenvolvemos um feixe trator, mas era muito complicado e caro porque exigia um phase array, que é um sistema eletrônico complexo, "Disse Marzo." Neste artigo, fizemos um simples, feixe trator estático que requer apenas um pedaço de matéria estática. "

A simplicidade (e acessibilidade) deste passivo, abordagem de matéria estática vem da arquitetura especial dessa matéria, projetado para substituir os componentes da matriz de fase e para moldar ondas sonoras estruturalmente, em vez de eletronicamente. Como o som, que agora pode ser gerado a partir de uma única fonte, passa por esses elementos cuidadosamente projetados, as ondas são moldadas pela estrutura interna do material impresso 3-D.

"Podemos modular uma onda simples usando o que é chamado de metamaterial, que é basicamente um pedaço de matéria com muitos tubos de comprimentos diferentes. O som passa por esses tubos e quando sai do metamaterial, tem as fases corretas para criar um feixe trator, "disse Marzo.

Com um efeito que é determinado principalmente pela forma dos tubos, a equipe de pesquisa se concentrou em otimizar o design para permitir a fabricação com impressoras 3-D comuns, garantindo que ele pudesse ser construído até mesmo por amadores caseiros.

De acordo com Marzo, este foi principalmente um desafio na resolução, exigindo um design que não sofresse com a precisão limitada dos bicos de impressão 3D inferiores. "Precisávamos projetar os tubos muito bem para permitir que fossem impressos em 3-D com uma impressora 3-D normal. Uma impressora 3-D normal tem muitas limitações, " ele disse.

Superadas essas limitações, o grupo desenvolveu o resto do sistema de feixe trator usando componentes facilmente acessíveis, como do popular fornecedor de eletrônicos de código aberto, Arduino. Eles até produziram um vídeo detalhado de como fazer para sua construção, um link para o qual está incluído abaixo.

"Haverá um conjunto de instruções com uma lista dos componentes necessários e um vídeo passo a passo. Os componentes são muito simples, como um Arduino e um driver de motor, e tudo pode ser comprado na Amazon por menos de £ 50 (cerca de US $ 70), "Marzo disse.

Além de impressionar seriamente os convidados do jantar, esses feixes de trator DIY têm muitos usos potenciais e podem até se tornar uma nova ferramenta para estudar os efeitos da baixa gravidade em amostras biológicas. Marzo apontou que esse tipo de pesquisa de "microgravidade" já é de interesse e encorajou biólogos a encontrar suas próprias aplicações para o dispositivo.

"Recentemente, houve vários artigos sobre o que acontece se levitarmos um embrião, como isso se desenvolve? Ou o que acontece se levitarmos bactérias? ", Disse ele." Por exemplo, eles descobriram que a salmonela é três vezes mais [virulenta] quando levitada. Certos microrganismos reagem de maneira diferente à microgravidade. "

Existem três designs do dispositivo, cada um com perfis de trapping adequados para diferentes tamanhos de objetos em relação ao comprimento de onda do som usado. Contudo, mesmo para a implementação de laboratório completo, onde o grupo captura objetos mais pesados ​​e até mesmo líquidos, capturar objetos maiores do que a metade do comprimento de onda do som ainda representa um desafio. Para frequências práticas, logo acima do que os humanos podem ouvir, isso limita o tamanho dos objetos interceptáveis ​​a alguns milímetros.

Enquanto Marzo e seu grupo trabalham para superar este desafio e continuam a melhorar as capacidades de seus feixes trator, a democratização de sua tecnologia abre caminho para usos e ajustes incalculáveis ​​da comunidade de criadores. Então, a questão realmente é:o que você faria com seu próprio raio trator?