Assemblaggio e manipolazione di cluster composti da particelle macroscopiche mediante levitazione acustica. un, Schizzi di configurazioni di cluster compatti (stati fondamentali isostatici) da una a cinque particelle. B, Schema dell'apparato sperimentale. Un trasduttore ad ultrasuoni genera onde sonore nell'aria, con velocità del suono cs= 343 m s−1 . La distanza tra il trasduttore e il riflettore acrilico trasparente è scelta per creare un'onda stazionaria di pressione (linea blu) con due nodi, a frequenza f0= 45,65 kHz e lunghezza d'onda cs/f0. Le particelle di polietilene vengono levitate acusticamente nel più basso dei due nodi. C, Immagine del cluster dal lato. I cluster vengono anche ripresi dal basso tramite uno specchio (d). D, Diverse configurazioni di cluster, ripreso dal basso. Piano:in due dimensioni, c'è solo una configurazione di cluster a cinque particelle, ma sei particelle possono formare uno dei tre stati fondamentali distinti:parallelogramma P, chevron C e triangolo T. In basso:gli ammassi di sette particelle hanno quattro configurazioni compatte:fiore (Fl), tartaruga (Tu), albero (Tr) e barca (Bo). Credito: Fisica della natura (2019). DOI:10.1038/s41567-019-0440-9
Scienziati dell'Università di Bath hanno fatto levitare particelle usando il suono in un esperimento che potrebbe avere applicazioni nella cosiddetta "robotica morbida" e aiutare a rivelare come iniziano a formarsi i pianeti.
Il gruppo di ricerca, dall'Università di Bath e dall'Università di Chicago, erano interessati a come i materiali si raggruppano quando non si trovano su una superficie piana e dura.
Hanno usato le onde sonore per far levitare particelle di circa 1 mm di diametro e hanno studiato come queste particelle, fatto del comune polietilene plastico, interagiscono tra loro in 2-D in piccoli gruppi di sei o sette.
Quando ci sono cinque particelle o meno, le particelle si raggruppano in una sola configurazione. Però, quando ci sono almeno sei particelle, ci sono un certo numero di forme diverse in cui potrebbero assemblarsi quando vengono messi insieme, come hanno scoperto gli scienziati.
Facendo levitare le particelle e utilizzando telecamere ad alta velocità, i ricercatori sono stati in grado di catturare queste varie configurazioni. Hanno scoperto che gruppi di sei particelle possono formare tre forme:parallelogramma, gallone, e triangolo.
L'aggiunta di un'altra particella per fare sette significava che le particelle si raggruppavano in una delle quattro forme, ciascuna somigliante a un fiore, una tartaruga, un albero, o una barca.
Il team ha scoperto che modificando la frequenza delle onde sonore, potrebbero manipolare i cluster e influenzare la forma emergente. Hanno scoperto che la riorganizzazione delle forme spesso dipende da una particella che agisce come una "cerniera" e oscilla intorno alle altre per riconfigurare, che potrebbe essere molto utile in una gamma di potenziali applicazioni.
Il Dr. Anton Souslov del Dipartimento di Fisica dell'Università di Bath ha dichiarato:"Sei particelle sono il minimo necessario per cambiare tra le diverse forme, che è dove le cose si fanno interessanti.
"Abbiamo scoperto che modificando la frequenza degli ultrasuoni, possiamo far muovere e riorganizzare gli ammassi di particelle. Questo apre nuove possibilità per manipolare oggetti per formare strutture complesse. Forse questi cardini che osserviamo potrebbero essere usati per sviluppare nuovi prodotti e strumenti nel campo della tecnologia indossabile o della robotica morbida, dove scienziati e ingegneri usano materiali manipolabili per creare robot con maggiore flessibilità e adattabilità rispetto a quelli realizzati con materiali rigidi.
"Capire come controllare le forze ultrasoniche è davvero importante:gli ultrasuoni sono già utilizzati in tutta l'industria e nei prodotti per la casa, dalla produzione di minuscole goccioline negli umidificatori (per gli inverni secchi di Chicago) alla pulizia delle superfici dure. Per noi scienziati, sfidare la gravità per far levitare la polvere ha anche questo interesse più fondamentale nello sviluppo di esperimenti basati sulla terra per capire come i corpi nello spazio come i pianeti e le lune iniziano a formarsi quando la polvere spaziale inizia ad agglomerarsi insieme".
Lo studio è pubblicato su Fisica della natura . Il team di ricerca ora intende esaminare come la levitazione acustica può riunire un numero maggiore di particelle per assemblare strutture più complesse.
