Español te enseña cómo imprimir en 3D tu propio rayo tractor sónico

Un científico español de la Universidad Pública de Navarra, que el año pasado ayudó a desarrollar el primer rayo tractor sónico unidireccional –esto es, la primera vez que se logra atrapar y empujar a un objeto usando ondas de sonido desde una sola dirección– recientemente lideró un equipo que ha conseguido adaptar esta tecnología a las impresiones 3D. Para cualquier investigación y propuesta, el rayo tractor sónico que hasta hace poco era imaginable solo en filmes de ciencia ficción, podrá ser impreso y ensamblado por cualquier persona. Además de un video detallado con las instrucciones de cómo producir este artefacto futurista para el público en general, los resultados de este trabajo aparecerán esta semana con acceso libre en la revista Applied Physics Letters. 

Por muy fantástica que parezca, la levitación sónica no es nueva, y el uso de ondas de sonido para empujar objetos macroscópicos (insectos, perlas, canicas) y crear patrones en la arena y el agua, aparece por montones en YouTube en años recientes. Sin embargo la tecnología que usa Asier Marzo, científico de la Universidad de Bristol, no es tan simple como usar el sonido para empujar los objetos. Lo importante de su tractor es que puede no solo empujar, sino también atraer los objetos. Puede hacer levitar a plásticos pequeños, moscas y otras muestras biológicas. El científico lo considera muy útil. 

Lo más complejo del mecanismo y que lo hace tan especial, explicó el autor del trabajo en una nota, fue disponer los componentes que le dan forma a las ondas de sonido manipulando cómo y dónde interfieren para crear el ambiente para atrapar al objeto encima de la fuente.

^{Hasta 64 altavoces generan complejos patrones de ondas para sostener objetos.}

Según explica un comunicado la Universidad de Navarra, que también fue parte del proyecto, los investigadores utilizaron un conjunto de 64 altavoces en miniatura para crear ondas de alta frecuencia y alta intensidad. Así, el rayo tractor trabaja rodeando el objeto con sonido de alta intensidad. Dicha disposición crea un campo de fuerza que mantiene el objeto en su lugar. Controlando cuidadosamente la salida de los altavoces, es posible mover y rotar el objeto con una precisión “nunca antes lograda y desafiando el efecto de la gravedad”.

El aparato ofrece tres formas óptimas para los campos de fuerza acústicos. El primer campo se asemeja a un par de dedos o pinzas. El segundo es un vórtice acústico (los objetos quedan atrapados en el centro mientras rotan a alta velocidad), y el tercero es una jaula de alta intensidad que rodea a los objetos desde todas las direcciones y los mantiene en su lugar.

^{Una de las propiedades de la tecnología de esta nota.} 

En los trabajos anteriores, era necesario rodear al objeto con altavoces, lo que limita la extensión del movimiento y restringe muchas aplicaciones. En este trabajo, el tractor sónico solo cuenta con una pieza de materia, manifestó el científico. La ventaja es que su arquitectura especial reemplaza a varios altavoces por una sola fuente, cuya arquitectura ha sido cuidadosamente diseñada para imprimirse en 3D. De este modo, se puede manipular una onda simple, con un “metamaterial” que es básicamente un pedazo de materia con gran cantidad de tubos de distintas longitudes. El sonido pasa a través de ellos y al salir, tiene la disposición deseada para crear el rayo tractor.

Al depender este efecto de la forma de los tubos, fue todo un reto para los científicos adaptar sus modelos para impresoras en 3D de baja calidad, las más comunes en el mercado. Una vez superadas estas limitaciones, se desarrolló el resto del tractor usando componentes accesibles como los de la proveedora de prototipos electrónicos de código abierto Arduino, que no valen más de 70 dólares en Amazon. En un video que compartimos, mostraron cómo funciona el dispositivo.

Las aplicaciones de este artefacto, además de impresionar a algunos amigos: sería una nueva herramienta para medir los efectos de la baja gravedad en muestras biológicas (un feto, una bacteria; antes se descubrió que la salmonella era tres veces más virulenta cuando levitaba).

El último logro llamativo de la levitación acústica fue conseguido por científicos brasileños y escoceses, que lograron hacer levitar por primera vez, una bola de poliestireno del tamaño de una pelota golf usando solamente ondas de sonido de alta frecuencia.

Daniel Meza

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