Lướt nổi trên sóng âm

Ngoại trừ với ma thuật, quá trình nâng bỗng các vật thường dựa trên lực từ hoặc lực điện. Tuy nhiên, sóng âm cũng có thể được dùng để khử tác dụng của trọng lực để làm lơ lửng các vật và các giọt chất lỏng giữa lưng chừng không khí. Lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Zurich Liên bang Thụy Sĩ (ETH) đã có thể điều khiển chuyển động của những vật được nâng như thế. Ngoài việc trông đẹp mắt, công nghệ có những gợi ý cho nghiên cứu các phản ứng hóa học khác nhau và các quá trình sinh học, cũng như sự phát triển và sản xuất hóa dược phẩm và điện tử học.

Không giống như bộ nâng âm học được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne thuộc Bộ Năng lượng Mĩ, thiết bị có thể làm lơ lửng những giọt chất lỏng trong khoảng không giữa hai cái loa nhỏ, công nghệ phát triển bởi nhà nghiên cứu Daniele Foresti tại Phòng thí nghiệm Nhiệt động lực học tại ETH, cho phép các giọt chất lỏng lơ lửng chuyển động và các vật được điều khiển sao cho nhiều giọt chất lỏng có thể hòa trộn trong không khí hoặc các vật có thể di chuyển được.

Cái tăm xỉa răng được nâng và điều khiển chuyển động bằng sóng siêu âm. Ảnh: Daniele Foresti / ETH Zurich

Bố trí này cho phép các giọt chất lỏng – cả từ tính và phi từ tính – hòa trộn mà không bị bất kì sự nhiễm bẩn nào từ các bề mặt. Nó cũng cho phép làm thí nghiệm trên những chất nhất định phân hủy khi tiếp xúc với các bề mặt.

Từ hơn 100 năm trước người ta đã biết rằng sóng âm có thể tác dụng đủ lực để giữ một vật lơ lửng, nhưng việc điều khiển chuyển động của vật lơ lửng trong không khí tỏ ra khó khăn hơn nhiều. Foresti đã thành công ở chính nơi những người khác thất bại bằng cách bật các module phản xạ-phát xạ bội song song nhau. Cho biến thiên sóng âm từ module này sang module kia, ông đã có thể di chuyển các hạt hay các giọt chất lỏng từ module này sang module kế tiếp – về cơ bản là cho chúng lướt trên sóng âm.

Foresti cho biết hệ thống của ông sử dụng siêu âm ở tần số 24 kHz, nằm ngoài giới hạn 20 kHz của tai người – nhưng thuộc vùng nghe được của chó. Ông cho biết bước sóng này hạn chế kích cỡ của các vật có thể nâng từ 4 đến 5 mm đường kính, nhưng chiều dài của vật trên lí thuyết là không hạn chế. Đồng thời, sóng âm “ồn ào hơn” cho phép những vật liệu đặc hơn, ví dụ như thủy tinh, ceramic, nhôm và thép có thể được nâng lên.

Trước đây, Foresti và đội của ông đã nâng thành công những giọt nước, hydrocarbon, những dung môi khác nhau và cả tăm xỉa răng. Trong một lần thử, họ đã nâng một hạt cà phê hòa tan và một giọt nước trước khi kết hợp cả hai trong lưng chừng không khí, còn trong một lần thử khác hai giọt chất lỏng với độ pH khác nhau đã được mang hòa lại thành một giọt chứa một sắc tố huỳnh quang chỉ phát sáng ở một giá trị pH trung hòa.

Foresti cho biết công nghệ trên có thể có nhiều ứng dụng đa dạng, trong đó có các thí nghiệm hóa học và sinh học đòi hỏi các hạt hay giọt chất được xử lí ban đầu sau đó phân tích mà không cần lo lắng về bất kì biến đổi hóa học nào có thể xảy ra do tiếp xúc với một bề mặt nào đó. Kĩ thuật cũng có thể cho chạy song song vài ba vật, làm tăng thêm khả năng ứng dụng trong công nghiệp.

Bạn có thể xem video của thí nghiệm tại đây.

Nguồn: ETH