I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno sviluppato una nuova tecnologia che consente la manipolazione senza contatto di piccoli oggetti utilizzando le onde sonore. Hanno usato una serie emisferica di trasduttori a ultrasuoni per generare un campo acustico 3D che ha intrappolato e sollevato stabilmente una piccola palla di polistirene da una superficie riflettente. La loro tecnica impiega un metodo simile all'intrappolamento laser in biologia, ma adattabile a una gamma più ampia di granulometrie e materiali.

La capacità di spostare gli oggetti senza toccarli potrebbe sembrare magica, ma nel mondo della biologia e della chimica, La tecnologia nota come intrappolamento ottico aiuta gli scienziati a utilizzare la luce per spostare oggetti microscopici da molti anni. Infatti, metà del Premio Nobel per la Fisica 2018, assegnato ad Arthur Ashkin (1922-2020) è stato un riconoscimento per i notevoli risultati di questa tecnologia. Ma l'uso della luce laser non è privo di difetti, in particolare i limiti posti alle proprietà degli oggetti che possono essere spostati.

Entra in trappole acustiche, un'alternativa che utilizza il suono invece delle onde ottiche. Le onde sonore possono essere applicate a una gamma più ampia di dimensioni e materiali degli oggetti, e la manipolazione di successo è ora possibile per particelle di dimensioni millimetriche. Sebbene non siano in circolazione da tanto tempo quanto le loro controparti ottiche, la levitazione acustica e la manipolazione mostrano promesse eccezionali sia per le impostazioni di laboratorio che oltre. Ma le sfide tecniche che devono essere superate sono considerevoli. In particolare, non è facile controllare individualmente e accuratamente vaste matrici di trasduttori ad ultrasuoni in tempo reale, o per ottenere i giusti campi sonori per sollevare oggetti lontano dai trasduttori stessi, particolarmente vicino a superfici che riflettono il suono.

Ora, il ricercatore Shota Kondo e il professore associato Kan Okubo della Tokyo Metropolitan University hanno escogitato un nuovo approccio per sollevare oggetti di dimensioni millimetriche da una superficie riflettente utilizzando una serie emisferica di trasduttori. Il loro metodo di pilotaggio dell'array non comporta l'indirizzamento complesso dei singoli elementi. Anziché, dividono l'array in blocchi gestibili e utilizzano un filtro inverso che trova la fase e l'ampiezza migliori per guidarli a creare un'unica trappola a una certa distanza dai trasduttori stessi. Regolando il modo in cui guidano i blocchi nel tempo, possono cambiare la posizione del loro campo bersaglio e spostare la particella che hanno intrappolato. I loro risultati sono supportati da simulazioni dei campi acustici 3D creati dagli array, ed ovviamente, dai loro esperimenti con una palla di polistirolo, che parlano da soli.

Sebbene rimangano difficoltà nel mantenere le particelle intrappolate e stabili, questa nuova tecnologia potrebbe produrre grandi progressi nell'intrappolamento acustico.