Cientistas chineses usam ondas gravadas para mover objetos em uma superfície
Imagine uma mesa que pode agarrar um grão de areia e fazê-lo girar lentamente, e depois fazer o mesmo com um pedaço de plástico leve centenas de vezes maior — tudo sem que nenhum braço mecânico toque em nenhum dos dois. Uma equipe do Instituto de Acústica da Academia Chinesa de Ciências deu um passo mais perto dessa ideia, relatando um método para manipular objetos em uma superfície em escalas de tamanho muito diferentes.
O trabalho, descrito pelo jornal estatal de ciência Science and Technology Daily, concentra-se no que os pesquisadores chamam de ondas de vórtice. São ondas cujas frentes se torcem em espiral, carregando o que os físicos chamam de momento angular orbital. Pense no redemoinho da água escoando na banheira: o fluxo rotativo pode empurrar objetos flutuantes em círculos. Na versão acústica, ondas impulsionadas por som desempenham o mesmo papel, transferindo momento para qualquer coisa que esteja na superfície.
A inovação está em como os pesquisadores criam esse redemoinho. Em vez de construir um conjunto complexo de emissores para moldar a onda em tempo real, eles codificam a informação de fase necessária diretamente na estrutura de uma placa fina. A própria placa então se torna a máquina. Quando acionada, ela produz o movimento de torção necessário para capturar e impulsionar objetos que repousam sobre ela.
Essa simplicidade importa. Conjuntos de fase complexos são caros, consomem muita energia e são difíceis de miniaturizar. Uma placa padronizada pode ser feita fina, plana e relativamente barata, abrindo a porta para superfícies que movem, giram ou montam silenciosamente objetos pequenos. A equipe relata que objetos que variam de partículas submilimétricas a estruturas leves de escala centimétrica podem ser capturados e levados a viajar em círculos sobre a placa.
A manipulação acústica já é familiar em laboratórios, onde campos de som focados há muito são usados para levitar gotículas e empurrar células para a posição. A maior parte desse trabalho acontece em câmaras cheias de líquido. Fazê-lo em uma superfície seca, em uma ampla gama de tamanhos, é um problema mais difícil e com apelo prático óbvio.
Os usos possíveis parecem uma lista de desejos para a fabricação de precisão e a microrrobótica: posicionar peças eletrônicas minúsculas, classificar pós delicados, mover amostras biológicas sem contaminação ou alimentar máquinas em miniatura que rastejam e giram em um palco plano. Como a força vem de ondas em vez de garras, itens frágeis podem ser manuseados sem os arranhões e o esmagamento que as ferramentas de contato às vezes causam.
A pesquisa se enquadra no amplo guarda-chuva da manipulação de campos de ondas, um campo que abrange acústica, óptica e mecânica. A mesma física que permite às pinças de luz segurar uma única célula, trabalho homenageado com o Prêmio Nobel em 2018, tem primos acústicos que operam em objetos maiores. A contribuição da equipe chinesa é uma forma compacta e escalável de gerar a estrutura de onda necessária.
O trabalho ainda está no estágio de laboratório, e escalar uma placa padronizada para uma ferramenta industrial prática trará seus próprios desafios, incluindo calor, eficiência e a necessidade de controlar muitos objetos ao mesmo tempo. Mas a direção é clara. Superfícies que movem coisas moldando ondas em vez de construir braços podem um dia ficar silenciosamente dentro de fábricas, laboratórios e dispositivos médicos, fazendo trabalho preciso sem nenhuma parte móvel.