Lovende for løft med lyd

Lydbølger kan brukes til å holde dråper svevende, og i fremtiden kan det bli mulig å flytte større gjenstander slik. Se video.

Publisert

Lyden i akustisk levitasjon

Det ble brukt akustiske bølger med frekvens på 24,4 kHz. I luft har de en bølgelengde på litt under 1,5 centimeter.

Det hørbare frekvensområdet for en ung person med normal hørsel er fra 20 Hz til 20 kHz.

Bølgene som ble brukt i forsøket har litt for høy frekvens til å kunne oppfattes av det menneskelige øre.

De kan likevel være skadelige for hørselen. Ved akustisk levitasjon har det vært brukt en intensitet på over 150 decibel. Det svarer i det hørbare frekvensområdet til støyen fra et jetfly som tar av hundre meter unna.

Kilde: Øyvind Grøn

Videoen viser en varmereaksjon (exotermisk reaksjon) mellom to dråper, gjort i lufta, uten kontakt med annet en lydbølger. Video: Dimos Poulikakos.

Det er forskere fra University of Zürich som har klart å styre dråper i lufta med lydbølger, på en kontrollert måte.

Det er nettopp den kontrollen som er prestasjonen her, mener fysiker ved Universitetet i Oslo, Øyvind Grøn.

Han ble så oppglødd at han like godt skrev en artikkel om eksperimentet til Norsk Fysisk Selskaps medlemsblad, som forskning.no har fått sniklese på forhånd.

- Det er særlig teknologien bak disse styringsmekanismene som representerer et betydelig framskritt i akustisk levitasjon, skriver han.

Radioaktivt materiale og giftige stoffer

Hadde det ikke vært deilig å sette ut noen basuner i hagen som tutet avgårde hele flyttelasset ditt uten at du trengte å løfte verken en finger eller pappeske? 

Det er nok nytteløst å håpe at dette vil bli mulig, men motivasjon for forskningen på akustisk levitasjon er i bunn og grunn den samme - nemlig å forflytte noe uten noen form for kontakt i tradisjonell forstand.

Forskerne i den nye studien har vist at det går an å bruke lydløfting til å forflytte to væskedråper, og til å blande dråper og partikler.

Slik kontaktfri behandling kan potensielt brukes både i biokjemiske prosesser, men også i behandlingav  farlige materialer som giftige kjemikalier og radioaktive stoffer, ifølge Grøn.

Teknikken og fysikken

En lydkilde lager raske trykkvariasjoner i luften, og disse brer seg raskt utover som trykkbølger, lydbølger.

I akustisk levitasjon holder man noe i lufta ved hjelp av lydbølger både ovenfra og nedenfra. Les mer om akustisk levitasjon.

Til akustisk levitasjon trenger man en sender av lydbølger og en reflektor. Forskerne fikk dråpene til å sveve mellom to plater - den nederste sendte lydbølger rett oppover, og den øverste reflekterte dem. 

Dermed havnet dråpen mellom lydbølgene der den kunne kontrolleres av forskerne.

Mellom to plater - den nederste sendte lydbølger oppover og den øverste reflekterte dem ned igjen - klarte forskerne å holde og smelte sammen dråper på en kontrollert måte. Foto: Dimos Poulikakos.
Mellom to plater - den nederste sendte lydbølger oppover og den øverste reflekterte dem ned igjen - klarte forskerne å holde og smelte sammen dråper på en kontrollert måte. Foto: Dimos Poulikakos.

Det minner litt om mekanismen bak oppdrift i vann, skriver Øyving Grøn i artikkelen sin.

- Når lydtrykket øker i retning nedover, så avtar det i retning oppover. Dermed vil det være mindre trykk mot oversiden enn mot undersiden av objektet.

- Også i vann øker trykket med dybden slik at trykker mot oversiden av et legeme nedsenket i vann er mindre enn trykket mot undersiden. Siden  trykket mot oversiden virker nedover og trykket mot undersiden virker oppover, gir dette en netto trykkraft som virker oppover. Denne netto trykkraften er mekanismen bak oppdriften, forklarer han til forskning.no.

Den tekniske presisjonen som tillot forskerne å styre dråper med lydbølger, har ingen andre oppnådd før. Den må imidlertid videreutvikles før vi kan få se de riktig spektakulære løftene av store objekter, ifølge Grøn.

- I teorien skal det være mulig å heve svært tunge objekter ved hjelp av lydbølger. Men med den teknologien som er utviklet for genering av lydbølger, er det maksimalt mulig å holde et legeme på et par kilo svevende, skriver han.

Lydbølger for Mars-støvvask

Det finnes også fra før noen forsøk på å flytte objekter med lydbølger.

I 2010 ble det lansert at det skulle være mulig å fjerne støvpartikler fra observasjonsutstyr og solceller på Mars.

- Et problem er at atmosfæren på Mars er så tynn, så kraften fra lydbølger på partikler i denne atmosfæren er svært liten.

- Det er kun uhyre små partikler som kan flyttes på denne måten, skriver Grøn.

Magnetisk levitasjon

Det finnes også andre metoder for å løfte ting kontaktløst. En velkjent form for kontaktfri bevegelse er magnetisk levitasjon som brukes i arbeid med jernbaner.

Metodene er imidlertid ofte begrenset av at de bare fungere på enkelte materialer.

Hvis man ønsker å flytte objekter kontaktfritt, uavhengig av hva slags materiale de består av, kan man ikke bruke elektromagnetisme heller, ifølge den norske fysikeren.

I slike tilfeller er akustisk levitasjon et alternativ.

Referanse:

D. Foresti, et.al. Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 15.juli 2013