Guiar objetos con ondas sonoras: un avance en la manipulación en ambientes dinámicos

MadridEn 2018, Arthur Ashkin fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su invención de las pinzas ópticas. Estos son haces de láser que pueden controlar partículas diminutas, pero requieren condiciones especiales para funcionar. Las pinzas ópticas atrapan partículas mediante un punto de luz enfocado. Sin embargo, este punto es difícil de crear y mover cuando hay otros objetos cerca.

Romain Fleury, director del Laboratorio de Ingeniería de Ondas en EPFL, buscaba mover objetos en diversos entornos. Junto a los investigadores Bakhtiyar Orazbayev y Matthieu Malléjac, Fleury dedicó cuatro años a desarrollar un método para utilizar ondas sonoras con este fin. Esta técnica, conocida como modelado de momento de onda, es fácil y no depende del entorno o las características físicas del objeto. Solo necesitan saber la ubicación del objeto; las ondas sonoras hacen el resto.

Puntos Clave:

• Utiliza ondas sonoras para mover objetos
• Funciona en entornos dinámicos y descontrolados
• Basado en la conservación del momento
• Publicado en Nature Physics

En sus experimentos, en lugar de capturar objetos, los movieron de un lado a otro. Este método fue financiado por el programa Spark de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (SNSF). Colaboraron investigadores de la Universidad de Burdeos, la Universidad Nazarbayev y la Universidad Tecnológica de Viena.

En los experimentos de laboratorio, se colocó una pelota de ping-pong en la superficie de un gran tanque de agua, donde flotaba. Una cámara situada encima registraba la posición de la pelota. Altavoces en cada extremo del tanque emitían ondas sonoras para mover la pelota a lo largo de una trayectoria específica. Micrófonos captaban las ondas sonoras que rebotaban en la pelota, generando un patrón de datos conocido como matriz de dispersión.

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Los investigadores utilizaron la matriz de dispersión y datos de la cámara para encontrar la mejor manera de controlar las ondas sonoras y mantener la pelota en movimiento según lo necesario. Este enfoque sencillo y versátil muestra un gran potencial. Fleury mencionó que la metodología se inspiró en una técnica utilizada en óptica para enfocar la luz dispersa. Esta fue la primera vez que se utilizó esta idea para mover un objeto.

El método también puede controlar rotaciones y mover objetos más complejos, como un detallado modelo de papel. Luego añadieron barreras al sistema para evaluar su desempeño en condiciones irregulares. Guiar exitosamente la bola alrededor de estas barreras demostró que la técnica podría funcionar en entornos cambiantes, como dentro del cuerpo humano.

El sonido en la medicina: seguro y eficaz

El sonido es beneficioso en la medicina debido a su seguridad y suavidad. Algunos métodos de administración de medicamentos utilizan ondas sonoras para liberar fármacos dentro del cuerpo. Esto permite dirigir los medicamentos directamente a las células tumorales. Además, la técnica es útil para estudiar biología o para la ingeniería de tejidos, ya que puede controlar las células sin dañarlas ni introducir contaminantes.

Fleury está entusiasmado con la impresión en 3D. Este proceso puede colocar diminutas partículas en posiciones específicas antes de convertirlas en objetos sólidos. Los investigadores creen que este método también podría funcionar con luz. Su siguiente paso es trabajar a una escala más pequeña. Han recibido financiamiento de la SNSF para intentar mover células bajo un microscopio utilizando ondas ultrasónicas.