Akustisches Schwebenlassen von größeren Objekten

31. Januar 2018, 13:17 Uhr
Schnell schwankende akustische Wirbel lassen Objekte schweben (University of Bristol).
Schnell schwankende akustische Wirbel lassen Objekte schweben (University of Bristol).
Akustische Levitation nutzt die Kraft des Schalls, um Partikel stabil in der Luft zu halten. Im Gegensatz zur magnetischen Levitation kann sie die meisten Feststoffe, Flüssigkeiten oder sogar kleine Insekten und Lebensmittel schweben lassen.

Zum ersten Mal haben Ingenieure der Universität Bristol gezeigt, dass es möglich ist, auch Objekte, die größer als die Wellenlänge des Schalls sind, in einem akustischen Feld stabil zu halten. Diese Entdeckung, dass der Transport größerer Objekte möglich ist, öffnet die Tür für die Bewegungssteuerung von Medikamentenkapseln oder für mikrochirurgische Eingriffe im menschlichen Körper.

Früher dachten die Forscher, dass akustische Levitation ausschließlich auf kleine Objekte beschränkt sei. Versuche mit Teilchen, die größer als die Wellenlänge waren, erwiesen sich als instabil, weil sich die Gegenstände unkontrolliert drehten. Das lag daran, dass das ursächliche rotierende Schallfeld einen Teil seiner Drehenergie auf das Objekt übertrug, wodurch es sich mehr und mehr in eine Richtung drehte, bis es schließlich ausgestoßen wurde.

Der neue Ansatz, der in Physical Review Letters veröffentlicht wurde, verwendet schnell fluktuierende akustische Wirbel ähnlich denen eines Tornados: laute Geräusche um ein stilles Auge des Sturms.
Die Forscher entdeckten, dass die Rotationsgeschwindigkeit sehr fein gesteuert werden kann, indem man die Rotationsrichtung der Wirbel schnell ändert, so dass der „Schweberadius“ stabil wird. Sie konnten die Größe des stillen „Auges“ erhöhen, so dass es größere Objekte aufnahm. Bei der Arbeit mit Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 40 kHz (Wellenlänge etwa 85 mm) hielten die Forscher eine Polystyrolkugel von zwei Zentimetern Durchmesser in den Levitationsbereich. Diese Kugel durchmisst mehr als zwei akustische Wellenlängen und wurde dennoch im Levitationsbereich „gefangen“. Diese Entdeckung legt nahe, dass auf diese Weise in Zukunft auch viel größere Objekte in die Schwebe gebracht werden könnten.
 

Wie man selbst einen akustischen Levitator mit einem Arduino baut, zeigt dieses Video.
 
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