L'anno scorso Asier Marzo, poi studente di dottorato presso l'Università Pubblica di Navarra, contribuito a sviluppare il primo raggio traente acustico a un solo lato, ovvero la prima realizzazione di intrappolare e tirare un oggetto usando onde sonore da una sola direzione. Ora assistente di ricerca presso l'Università di Bristol, Marzo ha guidato un team che ha adattato la tecnologia per essere, a tutti gli effetti, Stampabile in 3-D da chiunque (con un po' di assemblaggio richiesto, Certo).

Oltre a un video dimostrativo completamente dettagliato che il gruppo ha prodotto per il pubblico, i risultati del lavoro che sviluppa questo fai-da-te, Il raggio traente acustico portatile apparirà questa settimana come un documento ad accesso aperto in Lettere di fisica applicata .

La levitazione sonora non è nuova, e l'uso delle onde sonore per spingere intorno oggetti macroscopici, o creare motivi nella sabbia riposante e nell'acqua che scorre, è sparso su YouTube ed è stato per anni. Questa tecnologia, però, non è semplicemente levitazione sonora, usando il suono per spingere gli oggetti in giro.

Basato su una fisica fondamentale simile usata per creare trappole ottiche per decenni, questi raggi traenti sono fedeli al loro nome in quanto tirano oggetti, intrappolando piccole perline, e persino insetti, nei loro fuochi.

"La cosa più importante è che possa attirare la particella verso la sorgente, " ha detto Marzo. "È molto facile spingere le particelle dalla sorgente, ma ciò che è difficile è trascinarli verso la fonte; per attirare le particelle. Quando si sposta il raggio traente, la particella si muove, ma per il resto la trappola è statica. Può levitare piccole plastiche; può anche far levitare una mosca e piccoli campioni biologici. È abbastanza utile."

Le prime versioni del dispositivo che hanno dimostrato il concetto possibile non erano molto più grandi di queste nuove, Versioni stampabili in 3D. Però, la loro tecnologia di base era più complessa e richiedeva componenti elettronici costosi.

Gran parte della spesa derivava dalla gamma di componenti attivi che modellavano elettronicamente le onde sonore, manipolando come e dove interferiscono per creare l'ambiente di intrappolamento degli oggetti risultante appena sopra l'array.

"In precedenza abbiamo sviluppato un raggio traente, ma era molto complicato e costoso perché richiedeva un array di fasi, che è un complesso sistema elettronico, "Marzo ha detto. "In questo documento, abbiamo fatto un semplice, raggio traente statico che richiede solo un pezzo statico di materia."

La semplicità (e la convenienza) di questo passivo, l'approccio alla materia statica deriva dalla particolare architettura di quella materia, progettato per sostituire i componenti dell'array di fase e per modellare le onde sonore strutturalmente anziché elettronicamente. Come il suono, che ora può essere generato da un'unica fonte, passa attraverso questi elementi accuratamente progettati, le onde sono modellate dalla struttura interna del materiale stampato in 3D.

"Possiamo modulare un'onda semplice usando quello che viene chiamato un metamateriale che è fondamentalmente un pezzo di materia con molti tubi di diverse lunghezze. Il suono passa attraverso questi tubi e quando esce dal metamateriale, ha le fasi corrette per creare un raggio traente, " ha detto Marzo.

Con un effetto determinato principalmente dalla forma dei tubi, il team di ricerca si è concentrato sull'ottimizzazione del design per consentire la fabbricazione con le comuni stampanti 3D, assicurando che potesse essere costruito anche da hobbisti casalinghi.

Secondo Marzo, questa era principalmente una sfida nella risoluzione, richiedendo un design che non soffrisse della precisione limitata degli ugelli per stampanti 3D di fascia bassa. "Avevamo bisogno di progettare molto bene i tubi per consentire loro di essere stampati in 3D con una normale stampante 3D. Una normale stampante 3D ha molte limitazioni, " Egli ha detto.

Superate queste limitazioni, il gruppo ha sviluppato il resto del sistema di travi del trattore utilizzando componenti facilmente accessibili, come dal popolare fornitore di elettronica open source, Arduino. Hanno anche prodotto un video tutorial dettagliato per la sua costruzione, un collegamento a cui è incluso di seguito.

"Ci sarà una serie di istruzioni con un elenco dei componenti necessari e un video passo-passo. I componenti sono molto semplici, come un Arduino e un driver del motore, e tutto può essere acquistato su Amazon per meno di £ 50 (circa $ 70), "Marzo ha detto.

Oltre a impressionare seriamente gli ospiti a cena, questi raggi traenti fai-da-te hanno molti usi potenziali e possono persino diventare un nuovo strumento per studiare gli effetti della bassa gravità sui campioni biologici. Marzo ha sottolineato che questo tipo di ricerca sulla "microgravità" è già interessante e ha incoraggiato i biologi a trovare le proprie applicazioni per il dispositivo.

"Recentemente ci sono stati diversi articoli su cosa succede se facciamo levitare un embrione, come si sviluppa? O cosa succede se facciamo levitare i batteri?" ha detto. "Per esempio, hanno scoperto che la salmonella è tre volte più [virulenta] quando è levitata. Alcuni microrganismi reagiscono in modo diverso alla microgravità".

Ci sono tre design del dispositivo, ciascuno con profili di intrappolamento adatti a diverse dimensioni dell'oggetto in relazione alla lunghezza d'onda del suono utilizzata. Però, anche per l'implementazione completa del laboratorio in cui il gruppo intrappola oggetti più pesanti e persino liquidi, intrappolare oggetti più grandi della metà della lunghezza d'onda del suono rappresenta ancora una sfida. Per le frequenze pratiche, appena sopra ciò che gli umani possono sentire, questo limita la dimensione degli oggetti catturabili a pochi millimetri.

Mentre Marzo e il suo gruppo lavorano per superare questa sfida e continuare a migliorare le capacità dei loro travi traenti, la democratizzazione della loro tecnologia apre la strada a usi e modifiche incalcolabili da parte della comunità dei produttori. Così, la domanda in realtà è:cosa faresti con il tuo raggio traente?