Quando un ventilatore soffia aria in una stanza, il flusso d'aria tipicamente decelera e si diffonde. Ora in un nuovo studio, gli scienziati hanno dimostrato il contrario:un flusso d'aria creato da un array di ultrasuoni accuratamente controllato può mantenere la sua forma stretta e accelerare mentre si allontana dalla sorgente. I ricercatori spiegano che è come se il flusso d'aria fosse spinto da una sequenza di ventole invisibili che fluttuano a mezz'aria. Si aspettano che il flusso d'aria in accelerazione possa avere applicazioni senza precedenti, come la capacità di eseguire e controllare reazioni chimiche a mezz'aria.

I fisici, Keisuke Hasegawa et al., dell'Università di Tokyo, RIKEN, e Università di Nanzan, hanno pubblicato un documento sullo sterzo, flussi d'aria a ultrasuoni in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Come spiegano i ricercatori, fasci acustici autoacceleranti sono stati dimostrati più volte in precedenza in acqua e in aria. Un aspetto importante del nuovo studio è che i fasci possono essere controllati, segnando la prima dimostrazione di un raggio autoaccelerante macroscopico orientabile elettronicamente nello spazio libero.

I ricercatori hanno utilizzato un tipo di raggio chiamato raggio di Bessel, che ha l'insolita proprietà di non espandersi mentre si propaga, ma piuttosto mantenendo uno stretto, forma ben focalizzata. Gli scienziati hanno generato questi fasci utilizzando una serie di circa 1000 trasduttori a ultrasuoni. Ogni trasduttore converte un segnale elettrico in un'onda ultrasonica, e la regolazione dei fronti d'onda di queste onde emesse controlla la direzione del flusso d'aria. Il campo degli ultrasuoni produce anche energia cinetica, che accelera il flusso d'aria mentre si propaga in avanti. Negli esperimenti, i ricercatori hanno dimostrato che il punto con la velocità più alta può trovarsi a un piede o più di distanza dalla sorgente sonora.

Una delle caratteristiche più interessanti del raggio è che non è necessario inclinare l'array di ultrasuoni per controllare la direzione del raggio. Anziché, il raggio è orientabile elettronicamente sintonizzando i fronti d'onda, che forma un raggio inclinato senza inclinare l'array. I ricercatori hanno anche dimostrato che il flusso d'aria è abbastanza potente da essere sentito dalla mano e da guidare il vapore acqueo nella direzione desiderata.

Gli scienziati si aspettano che la capacità di generare un flusso d'aria con queste proprietà uniche porterà a nuove applicazioni, come l'esecuzione di reazioni chimiche a mezz'aria, campionamento di una concentrazione di gas, e negli studi di etologia, come studiare come gli animali rispondono ai feromoni nell'aria.

"Gli animali reagiscono alle sostanze fisiologiche presenti nell'aria come i feromoni, "Hasegawa ha detto Phys.org . "Ci aspettiamo che tali sostanze possano essere veicolate per colpire gli animali e osservare la loro reazione. Il nostro metodo non ha bisogno di limitare i loro movimenti o richiedere loro di indossare strumenti specifici. Quindi offrirebbe l'opportunità di osservare la reazione naturale degli animali".

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di esplorare ulteriormente i metodi per controllare il flusso d'aria.

"Attualmente, stiamo progettando di creare flussi più preferibili per il trasporto di sostanze aerodisperse, " Hasegawa ha detto. "Per esempio, i flussi di corrente comportano turbolenze, che deteriora la localizzazione spaziale delle sostanze veicolate. Riteniamo possibile rendere il flusso più simile a un flusso laminare progettando il campo degli ultrasuoni in modo raffinato".

© 2017 Phys.org