El silencio lo rompe un ligero zumbido. En el aire, una pequeña esfera levita, baila, gira sobre sí misma. No es magia: es el poder de la acústica avanzada. En un laboratorio suizo, los científicos acaban de dar un paso de gigante hacia el control de la materia mediante el sonido. Y las implicaciones son muchas.
Una nueva frontera en acústica
En el corazón de la Politécnico Federal de Lausana, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Romain Fleury ha desarrollado una tecnología acústica verdaderamente extraordinaria. Esta innovación permite manipular objetos con precisión mediante ondas sonoras, incluso en entornos complejos y dinámicos.
Es un importante paso adelante con respecto a las tecnologías existentes y abre nuevas posibilidades en campos que van desde la medicina hasta la fabricación industrial.
Más allá de las abrazaderas ópticas
Para comprender la importancia de este descubrimiento en el campo de la acústica es necesario dar un paso atrás. En 2018, Arthur Ashkin. ganó el Premio Nobel de Física por la invención de “pinzas ópticas”, una tecnología que utiliza láseres para manipular partículas microscópicas. Fleury explica:
Las pinzas ópticas funcionan creando un "punto caliente" de luz para atrapar partículas, como una bola que cae en un agujero. Pero si hay otros objetos cerca, este agujero es difícil de crear y mover.
La nueva tecnología acústica supera estos límites y funciona eficazmente incluso en entornos caóticos y dinámicos.
Cómo funciona la acústica avanzada
El sistema desarrollado por Fleury y sus colegas utiliza un enfoque innovador. En lugar de “atrapar” objetos, los empuja suavemente, como lo haría con un disco de hockey. La clave para este control preciso reside en la medición continua de la llamada “matriz de dispersión” (matriz S).
Esta matriz describe cómo un objeto dispersa una onda incidente. Al medir esta matriz en tiempo real, los investigadores pueden determinar cómo el objeto influye en la onda y utilizar esta información para dar forma óptima a las ondas posteriores.
Experimentos pioneros
Para demostrar la eficacia de esta tecnología acústica, los investigadores realizaron experimentos utilizando una guía de ondas acústicas llena de agua. Una pelota de ping-pong en movimiento sirvió como objetivo, mientras que los cilindros de dispersión crearon un entorno de dispersión complejo. Al mismo tiempo, conjuntos de altavoces y micrófonos colocados a ambos lados de la guía de ondas monitorearon y midieron las ondas incidentes y salientes. Al medir continuamente la matriz S a medida que la bola se movía, los investigadores pudieron adaptar los frentes de onda para aplicar la respuesta. impulso necesario para guiar la pelota a lo largo de la trayectoria deseada. Este proceso iterativo permitió un control preciso sobre el movimiento de la pelota, incluso en presencia de cambios dinámicos en el entorno. Encuentra el estudio aquí publicado en Nature.
Aplicaciones revolucionarias de la acústica
Las aplicaciones potenciales de esta tecnología acústica, como se mencionó, son vastas y prometedoras. Fleury destaca especialmente los del ámbito biomédico:
Algunos métodos de administración de fármacos ya utilizan ondas sonoras para liberar fármacos encapsulados: esta técnica es particularmente interesante para impulsar un fármaco directamente hacia las células tumorales, por ejemplo.
La naturaleza no invasiva y prácticamente inofensiva de esta tecnología acústica la hace ideal para aplicaciones médicas delicadas. Podría revolucionar la administración dirigida de fármacos, permitiendo tratamientos más precisos y menos invasivos.
Los siguientes pasos
Uno de los principales desafíos aún por superar es la escalabilidad de la técnica para manejar objetos más pequeños o más complejos, particularmente en entornos tridimensionales. La configuración actual es principalmente bidimensional, y la adaptación a la manipulación tridimensional requerirá avances en la medición y control de frentes de onda en todas las direcciones.
Otro desafío crucial es mantener la precisión durante todo el proceso, lo cual es esencial para las aplicaciones biomédicas. La investigación continúa para perfeccionar la técnica y abordar estos desafíos, con el objetivo de desbloquear todo el potencial de esta revolucionaria tecnología acústica.
El futuro de la acústica
Esta investigación en acústica allana el camino para un futuro en el que el sonido se convierta en una herramienta potente y versátil para interactuar con el mundo físico. Desde la medicina de precisión hasta la fabricación avanzada, las posibilidades son amplias y fascinantes.
Al perfeccionar la técnica y abordar los desafíos actuales, los investigadores pueden desbloquear todo su potencial y revolucionar diversos campos que dependen de la manipulación precisa de objetos.
Nos espera un futuro en el que el sonido ya no sea sólo un medio de comunicación o entretenimiento, sino una poderosa herramienta para dar forma al mundo físico e interactuar con él.
