Wissenschaft

Laut Forschern könnten Schallstrahlen dem Menschen beim Schweben helfen

Wissenschaftler haben ein System eingeführt, das Objekten beim Schweben helfen kann. Die Verwendung von Schallwellen, um Objekte stabil in der Luft zu „schweben“, ist eine aufregende Möglichkeit, sagen Forscher.

Menschliche Levitation, akustische Traktorstrahlen, University of Bristol, rotierendes Schallfeld, Ultraschallwellen, Schallleistung, Medikamentenkapseln, akustische Wirbel, Mikrochirurgie, DrehbewegungAkustische Traktorstrahlen nutzen die Kraft des Schalls, um Partikel in der Luft zu halten, und können im Gegensatz zur Magnetschwebetechnik die meisten Feststoffe oder Flüssigkeiten greifen. (Bildquelle: Universität Bristol)

Das Schweben von Menschen mit Traktorstrahlen im Star Trek-Stil könnte bald möglich sein, da Wissenschaftler zum ersten Mal gezeigt haben, dass große Objekte allein mit Schall in der Luft schweben können. Akustische Traktorstrahlen nutzen die Kraft des Schalls, um Partikel in der Luft zu halten, und können im Gegensatz zur Magnetschwebetechnik die meisten Feststoffe oder Flüssigkeiten greifen.



Forscher der Universität Bristol im Vereinigten Königreich haben zum ersten Mal gezeigt, dass es möglich ist, Objekte, die größer als die Schallwellenlänge in einem akustischen Traktorstrahl sind, stabil einzufangen. Die Entdeckung öffnet die Tür zur Manipulation von Medikamentenkapseln oder mikrochirurgischen Instrumenten im Körper. Der behälterlose Transport von empfindlichen größeren Proben ist jetzt auch eine Möglichkeit und könnte dazu führen, dass Menschen schweben, sagten die Forscher.

Wissenschaftler hatten zuvor gedacht, dass akustische Traktorstrahlen im Wesentlichen auf das Schweben kleiner Objekte beschränkt sind, da alle früheren Versuche, Partikel mit einer Wellenlänge größer als die Wellenlänge einzufangen, instabil waren und sich die Objekte unkontrolliert drehten. Dies liegt daran, dass das rotierende Schallfeld einen Teil seiner Drehbewegung auf die Objekte überträgt, wodurch sie immer schneller umkreisen, bis sie ausgestoßen werden.



Der neue Ansatz verwendet schnell fluktuierende akustische Wirbel, die Schalltornados ähneln und aus einer Twister-ähnlichen Struktur mit lautem Schall um einen stillen Kern bestehen. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Rotationsgeschwindigkeit durch eine schnelle Änderung der Drallrichtung der Wirbel fein regulieren lässt, wodurch der Traktorstrahl stabilisiert wird. Sie waren dann in der Lage, die Größe des stillen Kerns zu erhöhen, sodass er größere Objekte aufnehmen kann.





Mit Ultraschallwellen mit einer Tonhöhe von 40 Kilohertz, einer Tonhöhe, die nur Fledermäuse hören können, hielten die Forscher eine zwei Zentimeter große Styroporkugel in den Traktorstrahl. Diese Kugel misst über zwei akustische Wellenlängen und ist die größte, die bisher in einem Traktorstrahl gefangen wurde. Die Forschung legt nahe, dass auf diese Weise in Zukunft viel größere Objekte schweben könnten.

Akustikforscher waren seit Jahren von der Größenbeschränkung frustriert, daher ist es befriedigend, einen Weg zu finden, sie zu überwinden. Ich denke, es öffnet die Tür zu vielen neuen Anwendungen, sagte Asier Marzo, Hauptautor der Studie, die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde.

Künftig können mit mehr Schallleistung auch größere Gegenstände gehalten werden. Dies wurde nur mit niedrigeren Tonhöhen für möglich gehalten, die das Experiment hörbar und für den Menschen gefährlich machen, sagte Mihai Caleap, Senior Research
Associate, der die Simulationen entwickelt hat.