شناورسازی مواد با صوت

محققان برای اولین بار از دستگاه تعلیق یا شناورساز برای استفاده از امواج صوتی با بسامد بالا جهت معلق نگه داشتن ذرات و قطرات آب استفاده کردند. به‌طور کلی با استفاده از این تکنیک می‌توان انسان یا حتی حیوان را هم معلق نگه داشت، البته به شرطی که از نیرو و توان کافی برخوردار باشد. هم اکنون از روش کنترل هندزفری برای مطالعه واکنش‌های شیمیایی در محیط‌های نامعتدل، برطرف کردن مواد خطرناک و شبیه‌سازی فضا با گرانش پایین استفاده می‌شود. در 24 کیلوهرتز امواجی با ارتفاع گام بالا برای انسان‌ها بسختی قابل شنیدن است، ولی بعضی حیوانات مانند گربه، خفاش و موش‌ها براحتی می‌توانند این نوع امواج راحس کنند. در دیگر روش‌های شناورسازی از آهنربا یا میدان‌های الکتریکی برای ساخت قطارهای مغناطیسی ـ تعلیقی استفاده می‌شود، البته باید خاطرنشان کرد اشیای تعلیقی باید دارای خواص مغناطیسی و الکتریکی خاص باشند. دیموس پولیکاکوس از موسسه تکنولوژی شهر زوریخ در سوئیس معتقد است: «دستگاه شناورساز اکوستیک یا صوتی دارای چنین محدودیت‌هایی نیست و براحتی می‌تواند هر چیزی را به حالت تعلیق دربیاورد.» موج صوتی در حقیقت به یک موج فشاری گفته می‌شود که قادر به تولید کردن نیروست به‌طوری که می‌تواند یک گرانش متقابل ایجاد کند. برای شناورساختن اشیا با استفاده از صوت باید اطمینان حاصل کنید نیرو در یک نقطه از فضا ثابت باقی می‌ماند.

این فرآیند قبلا به‌وسیله دستگاه‌های اسپیکرو تشدیدکننده صوت به‌منظور هدایت امواج فشاری به سمت بالا وجهش انعکاس آنها انجام شده است. امواج اصلی و انعکاس آنها برای ایجاد یک موج ثابت و یکسری‌ گره‌های ساکن با یکدیگر ترکیب می‌شوند و حتی نوسان‌های موجی در آنها نیز مساوی خواهد بود. اگر موج ثابت دارای بسامد مستقیم باشد آن‌گاه نیروی موجود در گره‌ها گرانش را حذف خواهد کرد، در نتیجه هر چیزی که در آن نقطه وجود داشته باشد به حالت شناور در خواهد آمد. پولیکاکوس و همکارانش تحقیقات بیشتری انجام دادند. آنها تصمیم گرفتند اشیای تعلیق شده را با یکدیگر ترکیب کنند. به همین جهت یک دستگاه تشدیدکننده صوت را به کمک رایانه ساختند که باعث ایجاد امواج ثابت می‌شود و شکل آنها نیز به‌طور همزمان تغییر خواهد یافت. وقتی در آزمایشگاه‌ها با مواد مضر و آسیب‌پذیر سر و کار داریم یا می‌خواهیم آزمایش‌های میکروگرانش را با هزینه کمتر شبیه‌سازی کنیم می‌توانیم از این سیستم استفاده کنیم. علاوه برآن مطالعه واکنش‌های شیمیایی را نیز آسان خواهد کرد برای مثال می‌توان دریافت چگونه مایع در دمای زیرنقطه انجماد واکنش می‌یابد.

بروس درینک واتر از دانشگاه بریستول بریتانیا از این سیستم برای انتقال ذرات بسیار ریز مانند سلول‌های بیولوژیک و وسایل الکترونیک‌شکننده و نازک استفاده کرد. در مورد اندازه اشیایی که این دستگاه شناور می‌کند محدودیتی وجود ندارد، بنابراین شناور کردن انسان نیز امکان‌پذیر خواهد بود و چگالی انسان فقط یک ذره از آب بیشتر است و در این مورد هم مشکلی وجود ندارد. هرچه شیء بزرگ‌تر باشد، میدان نوسان امواج صوتی مورد نیاز هم بیشتر خواهد بود. در نتیجه برای انسان می‌تواند یک آزمایش خطرناک باشد، زیرا اگر خارج از گره خود حرکت کند دچار ضربه شدیدی خواهد شد و دامنه‌نوسان زیاد به معنی نیروی بالا برنده یا پایین بردن خیلی زیاد است. آیا انسان می‌تواند نیروهای اکوستیک یا صوتی را تحمل کند؟ جواب مشخصی در این مورد وجود ندارد و باید تحقیقات زیادی صورت گیرد.

newscientist / مترجم: نرگس عبداللهی