Científicos chinos usan ondas grabadas para mover objetos sobre una superficie
Imagínese una mesa que pueda atrapar un grano de arena y hacerlo girar lentamente, y luego hacer lo mismo con una pieza de plástico ligero cientos de veces más grande, todo sin que ningún brazo mecánico toque ninguno de los dos. Un equipo del Instituto de Acústica de la Academia China de Ciencias ha dado un paso más cerca de esa idea, al reportar un método para manipular objetos sobre una superficie en escalas de tamaño muy diferentes.
El trabajo, descrito por el periódico estatal de ciencia Science and Technology Daily, se centra en lo que los investigadores llaman ondas de vórtice. Son ondas cuyos frentes se retuercen en espiral, portando lo que los físicos denominan momento angular orbital. Piense en el remolino del agua que se vacía en la bañera: el flujo giratorio puede empujar objetos flotantes en círculos. En la versión acústica, las ondas impulsadas por sonido desempeñan el mismo papel, transfiriendo momento a cualquier cosa que se encuentre sobre la superficie.
La innovación radica en cómo los investigadores crean ese remolino. En lugar de construir un complejo conjunto de emisores para dar forma a la onda en tiempo real, codifican la información de fase requerida directamente en la estructura de una placa delgada. La placa misma se convierte entonces en la máquina. Cuando se activa, produce el movimiento de torsión necesario para atrapar y propulsar objetos que descansan sobre ella.
Esa simplicidad importa. Los conjuntos de fase complejos son caros, consumen mucha energía y son difíciles de miniaturizar. Una placa con patrones puede fabricarse delgada, plana y relativamente barata, abriendo la puerta a superficies que mueven, giran o ensamblan silenciosamente objetos pequeños. El equipo informa que se pueden atrapar objetos que van desde partículas submilimétricas hasta estructuras ligeras de escala centimétrica y hacerlos viajar en círculos sobre la placa.
La manipulación acústica ya es familiar en los laboratorios, donde los campos de sonido enfocados se han utilizado durante mucho tiempo para levitar gotas e impulsar células a su posición. La mayor parte de ese trabajo ocurre en cámaras llenas de líquido. Hacerlo sobre una superficie seca, en una amplia gama de tamaños, es un problema más difícil y con un atractivo práctico obvio.
Los posibles usos se leen como una lista de deseos para la fabricación de precisión y la microrrobótica: posicionar piezas electrónicas diminutas, clasificar polvos delicados, mover muestras biológicas sin contaminación o impulsar máquinas en miniatura que se arrastran y giran sobre una plataforma plana. Debido a que la fuerza proviene de ondas en lugar de pinzas, los artículos frágiles pueden manipularse sin los arañazos y aplastamientos que a veces causan las herramientas de contacto.
La investigación se enmarca en el ámbito más amplio de la manipulación de campos de ondas, un campo que abarca la acústica, la óptica y la mecánica. La misma física que permite a las pinzas de luz sostener una sola célula, trabajo galardonado con el Premio Nobel en 2018, tiene primos acústicos que operan sobre objetos más grandes. La contribución del equipo chino es una forma compacta y escalable de generar la estructura de onda necesaria.
El trabajo aún se encuentra en la etapa de laboratorio, y escalar una placa con patrones a una herramienta industrial práctica traerá sus propios desafíos, incluidos el calor, la eficiencia y la necesidad de controlar muchos objetos a la vez. Pero la dirección es clara. Las superficies que mueven cosas dando forma a ondas en lugar de construir brazos podrían algún día estar silenciosamente dentro de fábricas, laboratorios y dispositivos médicos, haciendo un trabajo preciso sin ninguna parte móvil.