Undele sonore mișcă obiecte: descoperire revoluționară în fizică

Undele sonore sunt vibrații care se propagă printr-un mediu precum aerul, apa sau substanțele solide.

Aceste unde se produc atunci când un obiect vibrează și pune în oscilație moleculele din jur.

Această vibrație creează zone de compresie și de rarefiere, în care particulele sunt apropiate sau îndepărtate unele de altele. Aceste zone alternante se propagă prin mediu sub formă de undă.

Undele sonore sunt caracterizate prin frecvență, lungime de undă și amplitudine. Frecvența, măsurată în herți (Hz), determină înălțimea sunetului, frecvențele mai mari producând sunete mai înalte.

Lungimea de undă este distanța dintre două puncte consecutive de compresie sau de rarefiere, în timp ce amplitudinea indică înălțimea undei, care influențează intensitatea sunetului.

Omul percepe sunetul atunci când aceste unde ajung la ureche și pun timpanul în vibrație. Aceste vibrații sunt apoi transformate de urechea internă în semnale electrice și interpretate de creier, astfel încât putem auzi și recunoaște diferite sunete.

Undele sonore ca instrument: simplu, dar eficient

În centrul acestei noi metode, numită «modelarea impulsului undei», se află utilizarea undelor sonore.

Echipa de cercetare condusă de Romain Fleury de la laboratorul de inginerie a undelor al EPFL a dezvoltat o tehnică ce deplasează obiecte indiferent de mediul lor înconjurător sau de proprietățile lor fizice.

Tot ce este necesar este poziția obiectului, iar undele sonore se ocupă de rest, împingând ușor obiectele, la fel cum ai putea mișca un puc de hochei cu o crosă. Această analogie este luată literal în experimentele lor.

Imaginați-vă o minge de tenis de masă care plutește pe apă și este mișcată de undele sonore ale unor difuzoare. Într-un bazin mare, o cameră montată deasupra captează poziția mingii, în timp ce undele sonore o ghidează pe o traiectorie prestabilită. Interacțiunile mingii cu undele sonore sunt analizate în timp real, ceea ce permite un control precis al mișcării sale.

Extinderea potențialului

Cercetătorii nu s-au mulțumit să deplaseze obiecte sferice. Experimentele lor au inclus și controlul rotației obiectelor și manevrarea unor forme mai complexe, precum un lotus origami.

Tehnica se bazează pe conservarea impulsului, un principiu care conferă metodei simplitate și versatilitate.

Această abordare simplă, dar flexibilă, face din modelarea impulsului undei o tehnologie promițătoare pentru o gamă largă de aplicații.

Potențialul acestei tehnologii se extinde mult în domeniul biomedical, unde ar putea revoluționa modul în care sunt administrate tratamentele.

Astfel, ea ar putea, printre altele, să îmbunătățească sistemele de administrare a medicamentelor, împingând medicamentele direct către zonele-țintă, cum ar fi celulele tumorale.

Această metodă oferă o alternativă non-invazivă, care ar putea reduce riscurile metodelor convenționale de administrare a medicamentelor.

În plus, aplicarea tehnicii în cultivarea țesuturilor ar putea evita contaminările sau deteriorările cauzate adesea de manipularea fizică a celulelor.

Cercetătorii își imaginează, de asemenea, utilizarea în imprimarea 3D, unde ar putea aranja cu precizie particule microscopice înainte ca acestea să fie solidificate în structuri.

O privire spre viitor: undele sonore și nu numai

Deși cercetătorii se concentrează în prezent pe undele sonore, ei sunt de părere că principiile modelării impulsurilor ar putea fi aplicate și luminii, ceea ce ar lărgi domeniul de acțiune.

Cu sprijinul programului Spark al Fondului Național Elvețian pentru Știință, ei intenționează ca, în etapa următoare, să extindă experimentele de la scară macro la scară micro, folosind unde ultrasonice pentru a deplasa celule sub microscop.

Studiul este publicat în revista Nature Physics.