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(Noticias de Nanowerk) Como pinzas invisibles, las ondas sonoras se pueden usar para hacer levitar objetos diminutos en el aire. Si bien los kits para la levitación acústica se pueden encontrar en línea, la técnica tiene importantes aplicaciones industriales y de investigación, incluida la manipulación de materiales delicados como las células biológicas.
Una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad Tecnológica de Sydney (UTS) en colaboración con la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) ha demostrado que para controlar con precisión una partícula con ondas ultrasónicas, es necesario considerar su forma, que afecta tiene el campo acústico. La investigación acaba de ser publicada en la revista Cartas de verificación física («Fuerza de radiación acústica inducida por acoplamiento de Willis e inversión de par»).
![Levitación acústica de una pata de hormiga y un ala de abeja](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61668_1.jpg)
La levitación sónica ocurre cuando las ondas de sonido interactúan, creando una onda estacionaria con nodos que pueden «capturar» una partícula. La base matemática actual para la levitación acústica, la teoría fundamental de la acustoforesis de Gorkov, supone que la partícula atrapada es una esfera.
“Los modelos teóricos anteriores solo han considerado partículas simétricas. Ampliamos la teoría para dar cuenta de las partículas asimétricas, que es más aplicable a las experiencias del mundo real», dijo el autor principal, el Dr. Shahrokh Sepehrirahnama del Laboratorio de Dinámica Biogénica del Centro de Audio, Acústica y Vibración de la UTS.
«Usando una propiedad llamada acoplamiento de Willis, mostramos que la asimetría cambia la fuerza y el par ejercido sobre un objeto durante la levitación y cambia la ubicación de la ‘captura’. Este conocimiento se puede utilizar para inspeccionar o clasificar con precisión objetos más pequeños que una longitud de onda ultrasónica”, dijo.
«En términos más generales, nuestro modelo propuesto, basado en la forma y la geometría, acercará los dos campos de tendencia de la manipulación ultrasónica sin contacto y los metamateriales (materiales diseñados para tener una propiedad que no se encuentra en la naturaleza)», agregó.
El director del Laboratorio de Dinámica Biogénica, el profesor asociado Sebastian Oberst, dijo que la capacidad de controlar con precisión objetos diminutos sin tocarlos podría permitir a los investigadores estudiar las propiedades dinámicas de los materiales de objetos biológicos delicados, como apéndices de insectos, alas de insectos o patas de hormigas y termitas. .
«Sabemos que los insectos tienen habilidades fascinantes: las termitas son extremadamente sensibles a las vibraciones y pueden comunicarse a través de este sentido, las hormigas pueden cargar muchas veces su peso corporal y soportar fuerzas significativas, y la delicada estructura de las alas de las abejas combina fuerza y flexibilidad.
«Una mejor comprensión de la dinámica estructural específica de estos objetos naturales, cómo vibran o resisten las fuerzas, podría permitir el desarrollo de nuevos materiales inspirados en la naturaleza y utilizados en industrias como la construcción, la defensa o el desarrollo de sensores. ”
Los investigadores se centraron en comprender las propiedades mecánicas de los órganos sensoriales de las termitas para luego construir e innovar sensores de vibración hipersensibles. Recientemente identificaron detalles estructurales del órgano subgenual que se encuentra en la pata de una termita que puede detectar microvibraciones (Estructura y desarrollo de artrópodos, «Escáneres µCT de baja radiodensidad para revelar la morfología detallada de la pata de la termita y su órgano subgenual»).
“Actualmente es muy difícil evaluar las propiedades dinámicas de estos materiales biológicos. Ni siquiera tenemos las herramientas para sostenerlos. Tocarlos puede interferir con las mediciones y el uso de láseres sin contacto puede causar daños”, dijo el profesor asociado Oberst.
«Por lo tanto, la aplicación de gran alcance de esta investigación teórica actual es utilizar el análisis sin contacto para extraer nuevos principios materiales para el desarrollo de nuevos materiales acústicos».
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