"Asier Marzo es un joven científico español que cuando aún era
estudiante de doctorado en la Universidad Pública de Navarra ayudó a
desarrollar el primer rayo tractor sónico de una sola cara, el primero
en atrapar y tirar de un objeto usando ondas sonoras en una sola
dirección.
Ahora, como asistente de investigación en la Universidad de
Bristol, en el Reino Unido, Asier Marzo ha dirigido un equipo que adaptó
la tecnología para ser imprimible en 3-D por cualquier persona (con
necesidad de cierto montaje).
Además de un vídeo detallado de cómo hacerlo que el grupo produjo
para el público, los resultados de desarrollo del trabajo de bricolaje
de este haz tractor sónico manual aparecen en un artículo publicado en
'Applied Physics Letters'
La levitación sonora no es nueva y el uso de ondas sonoras para
empujar objetos macroscópicos o crear patrones en la arena y el agua
está por todo YouTube y lo ha estado durante años. Sin embargo, esta
tecnología no es simplemente levitación sónica mediante el sonido para
empujar objetos alrededor.
Basada en la física fundamental similar utilizada para crear trampas
ópticas durante décadas, estos rayos tractores son fieles a su nombre en
el hecho de que tiran de objetos, atrapando pequeñas cuentas e incluso
insectos en sus focos.
"Lo más importante es que puede atraer partículas
hacia la fuente --apunta Marzo--. Es muy fácil empujar partículas desde
la fuente, pero lo difícil es tirar de ellas hacia la fuente; Para
atraer las partículas, cuando se mueve el haz tractor, la partícula se
mueve, pero de lo contrario la trampa es estática. Puede levantar
pequeños plásticos; una mosca y pequeñas muestras biológicas. Es muy
útil".
Las primeras versiones del dispositivo que probaron el concepto no
eran mucho más grandes que estas nuevas versiones imprimibles en 3-D,
pero su tecnología subyacente era más compleja y requería costosa
electrónica. Gran parte del gasto surgió de la matriz de componentes
activos que formaban electrónicamente las ondas de sonido, manipulando
cómo y dónde interferían para crear el entorno de captura de objetos
resultante justo encima de la matriz.
"Anteriormente desarrollamos un haz tractor, pero era muy complicado y
costoso porque requería una fase de matriz, que es un sistema
electrónico complejo -explica Marzo--. En este trabajo, hemos hecho un
rayo tractor simple y estático que sólo requiere una pieza de materia
estática".
La sencillez (y la asequibilidad) de este enfoque pasivo de
materia estática proviene de la arquitectura especial de esa materia,
diseñada para reemplazar los componentes de la matriz y conformar las
ondas sonoras estructuralmente en lugar de electrónicamente.
Como el sonido --que ahora se puede generar de una sola fuente-- pasa
a través de estos elementos cuidadosamente diseñados, las ondas se
forman por la estructura interna del material impreso en 3-D. "Podemos
modular una onda simple usando lo que se llama un 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 un haz tractor",
subraya 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 comunes 3-D, asegurando que
podrían construirlo incluso aficionados en casa.
Según Marzo, esto era ante todo un desafío en cuanto a su resolución,
requiriendo un diseño que no sufriera la limitación de precisión de las
boquillas de impresora 3-D de gama baja. "Necesitamos diseñar los tubos
muy bien para que puedan ser impresos en 3-D con una impresora 3-D
normal. Una impresora 3-D normal tiene muchas limitaciones", reconoce.
Con estas limitaciones superadas, el equipo desarrolló el resto del
sistema de haces tractores utilizando componentes de fácil acceso, como
el popular proveedor de electrónica de código abierto, Arduino. Incluso
produjeron un vídeo detallado de cómo hacer su construcción.
"Hay un conjunto de instrucciones con una lista de los componentes
necesarios y un vídeo paso a paso. Los componentes son muy simples, como
un Arduino y un controlador motor, y todo se puede comprar en Amazon
por menos de * 50 (alrededor de 70 dólares)", explica Marzo.
Estos haces de tractores DIY tienen muchos usos potenciales e,
incluso, pueden convertirse en una nueva herramienta para estudiar los
efectos de baja gravedad en muestras biológicas. Marzo señala que este
tipo de investigación de "microgravedad" ya es interesante y animó a los
biólogos a encontrar sus propias aplicaciones para el dispositivo.
"Recientemente ha habido varios artículos sobre lo que sucede si
levitamos un embrión, ¿cómo se desarrolla? ¿O qué sucede si levitamos
bacterias? -plantea--. Por ejemplo, descubrieron que la salmonela es
tres veces más [virulenta] cuando está levitada. 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 equipo atrapa objetos
más pesados ?? e incluso líquidos, atrapar objetos con más de la mitad de
la longitud de onda del sonido todavía representa un desafío. En el
caso de las frecuencias justo por encima de lo que los seres humanos
pueden oír, esto limita el tamaño de objetos atrapables a unos pocos
milímetros." (Imprimalia,
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