Forskere ved Universitetet i Helsinki, Public University of Navarre og University of Michigan har demonstrert et «rør» som består av ultralydbølger i stedet for fysiske vegger. Systemet kan fysisk avgrense og lede ulike former for materie gjennom luften.

Den usynlige kanalen bruker 256 små høyttalere som sender ut ultralyd rundt en sylindrisk struktur. Ved å endre hvordan høyttalerne arbeider, kan forskerne forme lydfeltet og dermed bøye eller endre retningen på strømmen uten å flytte på et fysisk rør.

Et rør laget av lyd

«Of all the experimental setups I have seen, I would say this is the closest thing to magic,» sier Ari Salmi, professor i elektronikk ved Universitetet i Helsinki og prosjektleder.

Ideen bygger på et tidligere prosjekt der forskerne brukte ultralyd til å rengjøre stoffer som hadde festet seg på innsiden av rør. Derfra oppsto spørsmålet om det var mulig å fjerne selve rørveggene, slik at stoffene ikke hadde noen fysisk overflate å feste seg til.

Etter flere runder med prøving og feiling med ulike høyttalerkonfigurasjoner utviklet teamet en prototype med 256 ultralydtransdusere. De sender ut lydbølger på omtrent 40 kilohertz. Når bølgene styres nøyaktig i tid, danner de et akustisk felt som utøver krefter på materialer som passerer gjennom kanalen.

Prototypen er bare 8 centimeter lang og bruker rundt 50 watt strøm, omtrent like mye som en gammeldags glødepære. Likevel kan lydfeltet holde materialer samlet i en bestemt bane og endre denne banen elektronisk.

Kan håndtere sammenhengende strømmer

Forsøkene viser at systemet ikke bare kan flytte enkeltpartikler eller dråper. Forskerne har ledet rennende vann, sendt pulver til ulike beholdere, styrt tåke- og gasstrømmer og kontrollert banen til elektriske utladninger.

Dette skiller prototypen fra mange tidligere systemer for akustisk manipulering, som i hovedsak har vært rettet mot å holde enkeltpartikler eller dråper svevende. Det nye systemet kan håndtere sammenhengende strømmer av ulike materialer.

Forskerne ser for seg kontaktløs transport av stoffer, særlig etsende eller klebrige materialer som kan skade vanlige rør eller bygge seg opp på innsiden. Teknologien kan også bli aktuell for følsomme stoffer som lett blir forurenset. Siden strømmen kan omdirigeres elektronisk, kan materialer i prinsippet leveres mer presist dit de trengs.

Store begrensninger i prototypen

Det er likevel langt fra dagens prototype til et praktisk ultralydrør i full skala. En tydelig begrensning er forholdet mellom størrelsen på røret og mengden utstyr som kreves. Det trengs 256 høyttalere for å lage en kanal som bare er 8 centimeter lang.

Forskerne mener likevel at flere tilsvarende moduler kan kobles sammen i serie for å lage betydelig lengre rør. Det vil i så fall kreve at systemet skaleres uten at størrelsen, strømforbruket og antallet komponenter blir upraktisk.

En annen utfordring er lydintensiteten. Ifølge forskerne har ultralyden midt i røret en intensitet som kan sammenlignes med den kontinuerlige lyden av skudd like ved øret. Også utenfor enheten er lydintensiteten sammenlignbar med å stå ved siden av en jetmotor.

Frekvensen på 40 kilohertz ligger imidlertid utenfor menneskets normale hørselsområde, så lyden kan ikke høres av mennesker. Forskerne advarer samtidig humoristisk om at det kan være lurt å holde hunder unna. Studien er publisert i tidsskriftet PNAS.