Montaje y manipulación de grupos compuestos de partículas macroscópicas mediante levitación acústica. a, Bocetos de configuraciones de racimos compactos (estados fundamentales isostáticos) para una a cinco partículas. B, Esquemático del montaje experimental. Un transductor de ultrasonido genera ondas sonoras en el aire, con velocidad del sonido cs =343 m s − 1. La distancia entre el transductor y el reflector acrílico transparente se elige para crear una onda estacionaria de presión (línea azul) con dos nodos, a frecuencia f0 =45,65 kHz y longitud de onda cs / f0. Las partículas de polietileno levitan acústicamente en la parte inferior de los dos nodos. C, Imagen de racimo desde el lateral. Los racimos también se obtienen desde abajo a través de un espejo (d). D, Diferentes configuraciones de clúster, fotografiado desde abajo. Arriba:en dos dimensiones, solo hay una configuración de grupo de cinco partículas, pero seis partículas pueden formar uno de tres estados fundamentales distintos:paralelogramo P, chevron C y triángulo T. Abajo:los grupos de siete partículas tienen cuatro configuraciones compactas:flor (Fl), tortuga (Tu), árbol (Tr) y barco (Bo). Crédito: Física de la naturaleza (2019). DOI:10.1038 / s41567-019-0440-9
Científicos de la Universidad de Bath han hecho levitar partículas utilizando sonido en un experimento que podría tener aplicaciones en la llamada "robótica blanda" y ayudar a revelar cómo comienzan a formarse los planetas.
El equipo de investigación de la Universidad de Bath y la Universidad de Chicago, estaban interesados en cómo los materiales se agrupan cuando no están en una superficie plana y dura.
Utilizaron ondas de sonido para levitar partículas de alrededor de 1 mm de diámetro y estudiaron cómo estas partículas, hecho del polietileno plástico común, interactuar entre sí en 2-D en pequeños grupos de seis o siete.
Cuando hay cinco partículas o menos, las partículas se agrupan en una sola configuración. Sin embargo, cuando hay al menos seis partículas, Hay varias formas diferentes en las que se pueden ensamblar cuando se juntan, como descubrieron los científicos.
Levitando las partículas y usando cámaras de alta velocidad, los investigadores pudieron capturar estas diversas configuraciones. Descubrieron que grupos de seis partículas pueden formar tres formas:paralelogramo, cheurón, y triangulo.
Agregar una partícula más para hacer siete significaba que las partículas se agrupaban en una de cuatro formas, cada uno se asemeja a una flor, una tortuga, un árbol, o un barco.
El equipo descubrió que al cambiar la frecuencia de la onda de sonido, podrían manipular los racimos e influir en la forma emergente. Descubrieron que reorganizar las formas a menudo depende de que una partícula actúe como una "bisagra" y se mueva alrededor de las demás para reconfigurarse. que podría ser muy útil en una variedad de aplicaciones potenciales.
El Dr. Anton Souslov del Departamento de Física de la Universidad de Bath dijo:"Seis partículas es el mínimo necesario para cambiar entre diferentes formas, que es donde las cosas se ponen interesantes.
"Descubrimos que al cambiar la frecuencia de ultrasonido, podemos hacer que los grupos de partículas se muevan y reorganicen. Esto abre nuevas posibilidades para manipular objetos para formar estructuras complejas. Quizás estas bisagras que observamos podrían usarse para desarrollar nuevos productos y herramientas en los campos de la tecnología portátil o la robótica blanda, donde los científicos e ingenieros utilizan software materiales manipulables para crear robots con más flexibilidad y adaptabilidad que los fabricados con materiales rígidos.
"Comprender cómo controlar las fuerzas ultrasónicas es realmente importante:el ultrasonido ya se usa en toda la industria y en productos domésticos, desde hacer pequeñas gotas en humidificadores (para los inviernos secos de Chicago) hasta limpiar la suciedad de las superficies duras. Para nosotros, los científicos, desafiar la gravedad para hacer levitar el polvo también tiene este interés más fundamental de desarrollar experimentos basados en la tierra para comprender cómo los cuerpos en el espacio, como los planetas y las lunas, comienzan a formarse cuando el polvo espacial comienza a aglomerarse ".
El estudio se publica en Física de la naturaleza . El equipo de investigación ahora tiene la intención de ver cómo la levitación acústica puede unir un mayor número de partículas para ensamblar estructuras más complejas.
