Come far levitare gli oggetti con i suoni

Un gruppo di fisici brasiliani ha sviluppato un metodo per la levitazione acustica che potrebbe finalmente trasformare quella che una volta era solo un'idea, in una tecnologia concreta e attuabile—la levitazione come parte della vita di tutti i giorni.

Storicamente parlando, la levitazione rientra nel dominio della metafisica: magia, spiriti, atti divini. Nella vita reale, ad ogni modo, non è un fenomeno particolarmente esotico—almeno tecnicamente parlando.

La levitazione è possibile tramite diversi metodi, come il magnetismo, i campi elettrici, la forza di galleggiamento dei fluidi, i laser e persino la bizzarra pressione negativa dell'energia (oscura) del vuoto.

Ciò nonostante, la levitazione è per lo più utilizzata nella tecnologia MagLev, che è piuttosto limitata di per sé. I ricercatori sono anche grandi appassionati del far levitare animaletti come topi, cavallette, rane. Un esperimento del 2009 ha dimostrato che, dopo un buon numero di ore passate sospesi in un campo magnetico, i topi erano più o meno in grado di adeguarsi alle nuove condizioni.

La levitazione non è ancora data per scontata perché rimane comunque molto difficile—o, piuttosto, rimane difficile da ottenere in un modo che possa avere qualche utilità nel mondo reale. I corpi levitati tendono ad essere instabili nella loro posizione; se un oggetto è tenuto sospeso da, diciamo, un getto d'aria, "vaga" in una certa direzione, a quel vagare deve corrispondere una forza nella direzione opposta. È come tentare di tenere fermo un oggetto su un cubo di ghiaccio che si scioglie. In termini di sforzo, la levitazione diventa parecchio "costosa" in casi come questi, un meccanismo attivo anziché uno passivo.

Un'alternativa è far levitare un oggetto in una sorta di avvallamento o buco. Il che richiede di essere in grado di "dare forma" ad una forza verso l'alto, altra cosa non facile.

Il gruppo brasiliano, che appartiene all'Università di San Paolo, ha elaborato una variazione su un approccio quasi troppo semplice al problema della stabilità. Sopra l'oggetto vengono inviate onde acustiche per farlo levitare e poi spingerlo verso il basso, dove le onde si riflettono sulla superficie concava al di sotto dell'oggetto. Le onde di ritorno conservano la forma della superficie: un disco convesso o una culla che impediscono che l'oggetto "rotoli" via.

Sono già stati fatti tentativi di questo tipo in precedenza ma, problema comune per molte tecniche di levitazione, hanno sempre richiesto condizioni controllate attentamente. Nello specifico, la superficie convessa e la fonte acustica devono rimanere ad una distanza di "risonanza" fissa l'una dall'altra.

L'obiettivo è portare le onde riflesse e le onde in arrivo ad interagire le une con le altre in un modo per cui si producono onde stazionarie, che sono onde sospese in volo.

Le fasi delle diverse onde, poiché sono spostate avanti e indietro a tempo, si allineano in questo modo, con, come risultato, una strana sorta di scala del suono sospesa nello spazio.

Questo richiede risonanza, o una specifica risonanza dove la distanza tra la fonte acustica e la superficie concava è un multiplo della metà della lunghezza d'onda delle onde sonore. Se quella distanza è sbagliata, le onde stazionarie tornano ad essere onde in movimento—il che, se stai tentando di usare quelle onde per far levitare un oggetto, non è carino.

Questo è un limite grave. I fisici di San Paolo hanno escogitato un modo per fare la stessa cosa senza risonanza—in altre parole, senza il limite delle dimensioni fisse.

Nella tipica disposizione risonante, le onde stazionarie sono create attraverso l'interazione tra molte onde prodotte e riflesse, dando qualcosa di più simile all'aspetto di onde immobili.

Nella nuova disposizione, la levitazione è ottenuta usando solo due onde, una riflessa e una di sorgente, la prima, il cui risultato è una sovrapposizione di onde, dove essenzialmente due onde funzionano come una. Se quelle onde si muovessero in direzioni opposte, troveremmo che l'onda sovrapposta non si muoverebbe in nessuna direzione—una piattaforma per la levitazione.

"L'interferenza tra queste due onde crea un nodo di pressione vicino alla superficie riflettente," i ricercatori scrivono su Applied Physics Letters, "e una piccola particella può essere fatta levitare vicino al riflettore. La piccola dimensione del riflettore minimizza le riflessioni multiple, e la forza di radiazione acustica che agisce sulle particelle levitate è quasi indipendente dalla distanza tra il trasduttore e il riflettore."

In termini di applicazioni, considerate il trasporto di materiali chimici pericolosi o materiali altamente sensibili su una catena di montaggio. "le fabbriche moderne hanno centinaia di robot per muovere parti da un posto all'altro," ha notato Marco Aurélio Brizzotti Andrade, il leader del gruppo, in una dichiarazione d'accompagnamento. "Perché non provare la stessa cosa senza toccare le parti da trasportare?"

Ovviamente, perché non fermarsi lì? Immaginate un futuro senza mani e dita sporche dove manipoliamo il mondo con il suono, mangiando uova e toast con l'aiuto di un gemito ad altra frequenza. Certo, non è esattamente quello che questo metodo promette ma, andiamo, toccare le cose è disgustoso.