Orientando objetos com ondas sonoras: tecnologia que se move em qualquer ambiente

São PauloEm 2018, Arthur Ashkin ganhou o Prêmio Nobel de Física por desenvolver as pinças ópticas. Esses são feixes de laser que podem controlar partículas minúsculas, mas precisam de condições especiais para funcionar. As pinças ópticas prendem partículas com um ponto de luz focalizado. No entanto, este ponto é difícil de criar e mover quando há outros objetos por perto.

Romain Fleury, chefe do Laboratório de Engenharia de Ondas da EPFL, queria mover objetos em diversos ambientes. Juntamente com os pesquisadores Bakhtiyar Orazbayev e Matthieu Malléjac, Fleury passou quatro anos desenvolvendo uma maneira de usar ondas sonoras para movimentar objetos. Esse método, chamado de modelagem do momento das ondas, é simples e não depende do ambiente ou das características físicas do objeto. Basta saber onde o objeto está, e as ondas sonoras fazem o resto.

Pontos Principais:

• Utiliza ondas sonoras para movimentar objetos
• Funciona em ambientes dinâmicos e descontrolados
• Baseado na conservação do momento
• Publicação na revista Nature Physics

Em seus experimentos, em vez de capturar objetos, eles os moveram. Esse método foi financiado pelo programa Spark da Fundação Nacional de Ciência da Suíça (SNSF). Pesquisadores da Universidade de Bordeaux, da Universidade Nazarbayev e da Universidade de Tecnologia de Viena colaboraram juntos.

Nos experimentos de laboratório, uma bola de ping-pong foi colocada na superfície de um grande tanque de água, onde ficou flutuando. Uma câmera posicionada acima do tanque registrou a posição da bola. Alto-falantes em cada extremidade do tanque emitiram ondas sonoras para mover a bola ao longo de um trajeto determinado. Microfones captaram as ondas sonoras que ricochetearam na bola, criando um padrão de dados conhecido como matriz de espalhamento.

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Os pesquisadores utilizaram a matriz de espalhamento e dados de câmeras para encontrar a melhor maneira de controlar as ondas sonoras e manter a bola em movimento conforme necessário. Essa abordagem simples e versátil mostra um grande potencial. Fleury mencionou que o método foi inspirado por uma técnica usada em óptica para focalizar a luz dispersa. Esta foi a primeira vez que essa ideia foi usada para mover um objeto.

O método também é capaz de controlar rotações e mover objetos mais complexos, como um modelo de papel detalhado. Eles então adicionaram barreiras ao sistema para verificar como ele lidaria com condições irregulares. Conduzir a bola com sucesso ao redor dessas barreiras mostrou que a técnica pode funcionar em ambientes variados, como dentro do corpo humano.

O som é útil na medicina porque é seguro e delicado. Alguns métodos de administração de medicamentos utilizam ondas sonoras para liberar drogas dentro do corpo, direcionando-as diretamente para células tumorais. Essa técnica também pode ser útil para estudar a biologia ou para a engenharia de tecidos, pois permite controlar as células sem danificá-las ou introduzir contaminantes.

Fleury está animado com a impressão 3D. Esse processo pode posicionar partículas minúsculas em locais específicos antes de transformá-las em objetos sólidos. Os pesquisadores acreditam que essa técnica também possa funcionar com a luz. O próximo passo é trabalhar em uma escala menor. Eles receberam financiamento do SNSF para tentar usar ondas ultrassônicas para mover células sob um microscópio.