Le onde sonore muovono gli oggetti: una svolta nella fisica

Le onde sonore sono vibrazioni che si propagano attraverso un mezzo come l'aria, l'acqua o i corpi solidi.

Queste onde vengono generate quando un oggetto vibra e mette in vibrazione le molecole circostanti.

Questa vibrazione crea zone di compressione e di rarefazione, in cui le particelle vengono compresse più strettamente o spinte più distanti l'una dall'altra. Queste zone alternate si propagano attraverso il mezzo sotto forma di onda.

Le onde sonore sono caratterizzate dalla loro frequenza, lunghezza d'onda e ampiezza. La frequenza, misurata in hertz (Hz), determina l'altezza del suono, con frequenze più alte che producono toni più acuti.

La lunghezza d'onda è la distanza tra due successivi punti di compressione o rarefazione, mentre l'ampiezza indica l'altezza dell'onda, che influenza il volume del suono.

L'essere umano percepisce il suono quando queste onde raggiungono l'orecchio e mettono in vibrazione il timpano. Queste vibrazioni vengono poi convertite dall'orecchio interno in segnali elettrici e interpretate dal cervello, consentendoci di udire e riconoscere i diversi suoni.

Le onde sonore come strumento: semplice ma efficace

Al centro di questo nuovo metodo, denominato «modellazione degli impulsi d'onda», vi è l'utilizzo delle onde sonore.

Il team di ricerca guidato da Romain Fleury del Laboratorio di ingegneria delle onde dell'EPFL ha sviluppato una tecnica che sposta gli oggetti indipendentemente dal loro ambiente o dalle loro proprietà fisiche.

Tutto ciò che occorre è la posizione dell'oggetto, e le onde sonore fanno il resto, spingendo delicatamente gli oggetti, come si potrebbe spostare un disco da hockey con una mazza. Questa analogia viene presa alla lettera nei loro esperimenti.

Immaginate una pallina da ping-pong che galleggia sull'acqua e viene mossa da onde sonore prodotte da altoparlanti. In una grande vasca, una telecamera dall'alto registra la posizione della pallina, mentre le onde sonore la guidano lungo un percorso predefinito. Le interazioni della pallina con le onde sonore vengono analizzate in tempo reale e consentono un controllo preciso del suo movimento.

Ampliare il potenziale

I ricercatori non si sono accontentati del movimento di oggetti sferici. I loro esperimenti hanno incluso anche il controllo della rotazione di oggetti e la manovra di forme più complesse, come ad esempio un loto origami.

La tecnica si basa sulla conservazione della quantità di moto, un principio che conferisce al metodo semplicità e versatilità.

Questo approccio semplice ma flessibile rende la modellazione degli impulsi d'onda una tecnologia promettente per un'ampia gamma di applicazioni.

Il potenziale di questa tecnologia si estende ampiamente nel campo biomedico, dove potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono somministrati i trattamenti.

Potrebbe, tra l'altro, migliorare i sistemi di somministrazione dei farmaci, spingendo i medicinali direttamente nelle aree bersaglio come le cellule tumorali.

Questo metodo offre un'alternativa non invasiva che potrebbe ridurre i rischi dei metodi convenzionali di somministrazione dei farmaci.

Inoltre, l'applicazione della tecnica nella coltura di tessuti potrebbe evitare contaminazioni o danni spesso causati dalla manipolazione fisica delle cellule.

I ricercatori immaginano anche un utilizzo nella stampa 3D, dove potrebbero disporre con precisione particelle microscopiche prima che vengano consolidate in strutture.

Uno sguardo al futuro: onde sonore e oltre

Sebbene i ricercatori si concentrino attualmente sulle onde sonore, ritengono che i principi della modellazione degli impulsi potrebbero essere applicati anche alla luce, ampliando così il campo d'azione.

Con il sostegno del programma Spark del Fondo Nazionale Svizzero, intendono estendere in seguito gli esperimenti dalla scala macro a quella microscopica, utilizzando ultrasuoni per spostare cellule sotto un microscopio.

Lo studio viene pubblicato nella rivista Nature Physics .