Levitação acústica: Objetos que flutuam sem se tocar

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Físicos da USP e da Universidade de Navarra, na Espanha, desenvolveram um sistema de levitação acústica capaz de suspender e movimentar objetos no ar. Pois é, agora está tão facil levitar quanto passar no vestibular de medicina.

Primeiramente, como o sistema permite controlar as emissões de sons, ele pode ser programado para colar várias peças e realizar montagens de pequenas estruturas. Depois dos experimentos provarem a viabilidade da técnica, a previsão é que dentro de alguns anos a levitação acústica chegue às indústrias.

A pesquisa é descrita no artigo LeviPrint: Contactless Fabrication using Full Acoustic Trapping of Elongated Parts, publicado no site da Association for Computing Machinery (ACM), sediada nos Estados Unidos, e apresentado na conferência da entidade, realizada entre os dias 7 e 11 de agosto em Vancouver (Canadá).

Ponto Científico sobre levitação acústica

“A levitação acústica já existe, mas ainda não havia sido demonstrado que poderia ser usada na fabricação de novas estruturas”, relata ao Jornal da USP o físico Marco Aurélio Brizzotti Andrade, que pesquisa o tema há 15 anos e realizou o trabalho em parceria com a Universidade Pública de Navarra (Espanha). “Os experimentos procuram desenvolver novos dispositivos capazes de mover o objeto levitado em várias direções, por exemplo, para cima e para baixo”.

Desde já, o objetivo do estudo era tornar a levitação acústica capaz de fazer algo que os robôs industriais usados em montagens realizam habitualmente, assim como mover peças de um lugar para o outro. “A diferença é que o sistema de levitação usa ondas sonoras para movimentar objetos sem tocar neles”, aponta o físico.

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Ondas sonoras

De acordo com Andrade, basicamente o sistema usa sons para suspender objetos no ar, usando um conjunto de dispositivos sonoros semelhantes a pequenos alto-falantes.

Sob o mesmo ponto de vista, Andrade fiz que “Eles emitem ondas sonoras numa frequência de 40 quilohertz (kHz), na região do ultrassom, e são inaudíveis para o ouvido humano, que capta frequências de 20 hertz (Hz) a 20 kHz”, explica. “Isso quer dizer que os dispositivos vibram 40 mil vezes por segundo quando emitem as ondas que fazem a levitação”.

Em suma, todos os dispositivos estão ligados a uma placa que permite controlar pelo computador o sinal sonoro que é emitido por cada um deles individualmente. “Dessa forma, dá para ajustar a distribuição da pressão acústica no espaço em tempo real”, descreve o físico, “Assim, o objeto levitado pode ser deslocado para os lados, para cima e para baixo e girado de forma controlada”.

Na pesquisa, o sistema de levitação foi acoplado a um robô industrial e testado para movimentar pequenos objetos, um pouco menores que um palito de fósforo.

De acordo com o físico, o sistema precisará de aperfeiçoamentos como reduzir a oscilação dos objetos quando são levitados. Logo, “A importância do trabalho, que é uma pesquisa básica, foi a de provar o conceito do sistema e abrir caminho para desenvolver aplicações industriais”, ressalta. Por isso, a criação de equipamentos com levitação acústica para a indústria deve levar pelo menos dez anos.

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O Artigo

O Artigo base para a matéria é o “LeviPrint: Contactless Fabrication using Full Acoustic Trapping of Elongated Parts.” (LeviPrint: Fabricação sem contato usando aprisionamento acústico completo de peças alongadas), publicado em 24 de julho de 2022 na biblioteca digital da ACM.

Em suma, o artigo tem em resumo que:

“LeviPrint é um sistema de montagem de objetos sem contato usando levitação acústica. Entretanto exploramos um conjunto de campos acústicos ideais que permitem o aprisionamento total na posição e orientação de objetos alongados, como bastões.

Em seguida, avaliamos as capacidades de diferentes levitadores ultrassônicos para manipular dinamicamente esses objetos alongados. A combinação de novos algoritmos de otimização e levitadores permite a manipulação de bastões, contas e gotículas para fabricar objetos complexos.

Imediatamente um protótipo de sistema composto por um braço robótico e um levitador foi testado para diferentes processos de fabricação. Dessa forma, destacamos a redução da contaminação cruzada e a capacidade de construir em cima de objetos de diferentes ângulos e dentro de espaços fechados.”

Principais referências:

  1. Marco AB Andrade, Thales SA Camargo, and Asier Marzo. 2018. Injeção automática sem contato, transporte, fusão e ejeção de gotículas com um levitador acústico de ponto multifocal. Revisão de Instrumentos Científicos 89, 12 (2018), 125105.
  2. Marco AB Andrade, Fábio TA Okina, Anne L Bernassau, Julio C Adamowski. 2017. Levitação acústica de um objeto maior que o comprimento de onda acústico. The Journal of the Acoustical Society of America 141, 6 (2017), 4148–4154.
  3. Ashly Baby, Chinnu Augustine, Chinnu Thampi, Maria George, Abhilash AP, and Philip C Jose. 2017. Pick and place robotic arm implementation using Arduino. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering 12, 2(2017).

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