El año pasado Asier Marzo, luego estudiante de doctorado en la Universidad Pública de Navarra, ayudó a desarrollar el primer rayo tractor acústico de un solo lado, es decir, la primera realización de atrapar y tirar de un objeto utilizando ondas sonoras de una sola dirección. Ahora asistente de investigación en la Universidad de Bristol, Marzo ha liderado un equipo que adaptó la tecnología para ser, a todos los efectos, Cualquiera puede imprimir en 3D (con algo de montaje, por supuesto).

Además de un video instructivo completamente detallado que el grupo produjo para el público, los resultados del trabajo que desarrolla este hágalo usted mismo, rayo tractor acústico de mano aparecerá esta semana como un documento de acceso abierto en Letras de física aplicada .

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, está esparcido por YouTube y lo ha estado durante años. Esta tecnología, sin embargo, 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 rayos tractores son fieles a su nombre en el sentido de que tiran de objetos, atrapando 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 partículas desde la fuente, pero lo difícil es atraerlos hacia la fuente; para atraer las partículas. Cuando mueve el rayo tractor, la partícula se mueve, pero por lo demás la trampa es estática. Puede hacer levitar pequeños plásticos; 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 3-D. Sin embargo, su tecnología subyacente era más compleja y requería componentes electrónicos costosos.

Gran parte del gasto provino del conjunto de componentes activos que dan forma electrónica a las ondas sonoras, manipulando cómo y dónde interfieren para crear el entorno de captura de objetos resultante justo encima de la matriz.

"Anteriormente desarrollamos un rayo tractor, pero era muy complicado y caro porque requería una matriz de fase, que es un sistema electrónico complejo, "Marzo dijo". En este documento, hicimos un simple, rayo tractor estático que solo requiere un trozo de materia estática ".

La simplicidad (y asequibilidad) de este pasivo, El enfoque de materia estática proviene de la arquitectura especial de esa materia, diseñado para reemplazar los componentes de la matriz de fase y dar forma a las ondas sonoras estructuralmente en lugar de electrónicamente. Como el sonido que ahora se puede generar a partir de una sola fuente, pasa a través de estos elementos cuidadosamente diseñados, las ondas están formadas 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 rayo tractor, "dijo Marzo.

Con un efecto que está determinado principalmente por la forma de los tubos, el equipo de investigación se centró en optimizar el diseño para permitir la fabricación con impresoras 3D comunes, asegurándose de que pudiera ser construido incluso por aficionados en casa.

Según Marzo, esto fue principalmente un desafío en la resolución, requiriendo un diseño que no se vea afectado por la precisión limitada de los inyectores de impresora 3D de gama baja. "Necesitábamos diseñar muy bien los tubos para poder imprimirlos en 3D con una impresora 3D normal. Una impresora 3D normal tiene muchas limitaciones, " él dijo.

Con esas limitaciones superadas, el grupo desarrolló el resto del sistema de rayo tractor utilizando componentes de fácil acceso, como del popular proveedor de productos electrónicos de código abierto, Arduino. Incluso produjeron un video instructivo detallado para su construcción, un enlace al 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 rayos tractores de bricolaje tienen muchos usos potenciales e incluso pueden convertirse en una nueva herramienta para estudiar los efectos de la baja gravedad en muestras biológicas. Marzo señaló que este tipo de investigación de "microgravedad" ya es de interés y alentó a los biólogos a encontrar sus propias aplicaciones para el dispositivo.

"Recientemente ha habido varios artículos sobre lo que sucede si levitamos un embrión, como se desarrolla ¿O qué pasa si levitamos bacterias? ", Dijo." Por ejemplo, descubrieron que la salmonela es tres veces más [virulenta] cuando levita. 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 objetos en relación con la longitud de onda del sonido utilizada. Sin embargo, incluso para la implementación de laboratorio completa donde el grupo atrapa objetos más pesados ​​e incluso líquidos, atrapar objetos de más de la mitad de la longitud de onda del sonido sigue siendo un desafío. Para frecuencias prácticas, justo por encima de lo que los humanos pueden oír, esto limita el tamaño de los objetos atrapables a unos pocos milímetros.

Mientras Marzo y su grupo trabajan para superar este desafío y continúan mejorando las capacidades de sus rayos tractores, la democratización de su tecnología allana el camino para usos y ajustes incalculables de la comunidad de creadores. Entonces, la pregunta realmente es:¿qué harías con tu propio rayo tractor?