Zusammenfassung:
Wenn Sie den Film „Der unglaubliche Hulk“ aus dem Jahr 2008 gesehen haben, erinnern Sie sich wahrscheinlich noch an die Schallkanonen, die mit mächtigen Schallwellen den grünen Riesen unterdrückten. Jetzt haben Wissenschaftler der Universität Helsinki in Finnland in Zusammenarbeit mit Forschern der öffentlichen Universität Navarra in Spanien und der Universität Michigan in den Vereinigten Staaten dieser Idee einen realistischen Prototyp gegeben: eine „Pipeline“, die vollständig aus Ultraschallwellen besteht, die den Materialfluss in der Luft physikalisch einschränken und leiten kann.
Dieses unsichtbare, masselose Rohr wird durch Ultraschallwellen „gebaut“, die von 256 Mikrolautsprechern ausgesendet werden. Es kann Flüssigkeiten, Gase, Pulver und sogar Plasmen leiten, sodass es aussieht, als wären diese Materialien aus dem Nichts in der Luft schwebend und würden sich langsam vorwärts bewegen. Während des gesamten Vorgangs war kein hörbares Geräusch zu hören. Um die Strömungsrichtung zu ändern, müssen keine physischen Teile bewegt werden; Sie müssen lediglich die Funktionsweise der Lautsprecher anpassen und das unsichtbare Rohr neu formen.
„Von allen experimentellen Geräten, die ich je gesehen habe, kommt dieses der Magie am nächsten.“ Ali Salmi, Projektleiter und Professor für Elektronik an der Universität Helsinki, äußerte sich dazu.
Der Ursprung dieser Idee liegt in einem früheren Projekt des Forschungsteams: Sie nutzten Ultraschallwellen, um Materialien zu reinigen, die an den Innenwänden von Rohren hafteten. Dieser Idee folgend stellten sie sich außerdem vor, dass das Problem nicht von der Wurzel verschwinden würde, wenn die physische Wand des Rohrs einfach entfernt würde, so dass kein Platz mehr für die Anlagerung von Substanzen vorhanden wäre.
Um die Idee in die Realität umzusetzen, führten die Forscher mehrere Versuchsrunden mit verschiedenen Lautsprecheranordnungen durch. Der endgültige Prototyp besteht aus 256 winzigen Ultraschallwandlern, die um eine zylindrische Struktur angeordnet sind und Schallwellen mit einer Frequenz von etwa 40 Kilohertz aussenden. Durch die präzise Steuerung des Timings dieser Schallwellen bilden sie bei ihrer Überschneidung ein Schallfeld, das eine Kraft auf das vorbeiströmende Material ausübt und es auf einen bestimmten Weg zwingt. Durch Anpassen des Schallfelds kann dieser Pfad gebogen oder umgelenkt werden, während das physische Rohr still bleibt. Das Prototyp-Rohr ist nur 8 Zentimeter lang und verbraucht etwa 50 Watt Strom, was in etwa dem Wert einer altmodischen Glühbirne entspricht.
Dies ist immer noch nur ein Prototyp, aber Untersuchungen haben gezeigt, dass Schall allein ausreicht, um kontinuierlich verschiedene Formen von Materie durch die Luft zu lenken. Während die meisten bisherigen akustischen Manipulationssysteme nur einzelne Partikel oder Tröpfchen schweben und bewegen konnten, kann das neue System einen kontinuierlichen Materialfluss bewältigen. Im Experiment gelang es den Forschern, das fließende Wasser erfolgreich zu lenken, das Pulver in verschiedene Behälter zu befördern, den Nebel und den Luftstrom zu manipulieren und sogar den Weg der Entladung zu steuern.
Im Hinblick auf die Anwendungsaussichten stellt sich das Team den berührungslosen Transport von Materialien vor, insbesondere von korrosiven und klebrigen Materialien, die herkömmliche Rohrleitungen angreifen oder sich leicht an der Innenwand ansammeln. Diese Technologie eignet sich möglicherweise auch für den Umgang mit empfindlichen Materialien, die sehr anfällig für Kontaminationen sind. Die Möglichkeit, die Flussrichtung in Echtzeit elektronisch zu ändern, bietet auch neue Möglichkeiten, Materialien präzise an den gewünschten Ort zu liefern.
Vom Prototyp bis zur echten Ultraschallpipeline ist es jedoch noch ein langer Weg. Eine offensichtliche Einschränkung ist die Ungleichheit in Größe und Kosten: Um eine nur 8 Zentimeter lange „Röhre“ zu erstellen, sind 256 Lautsprecher erforderlich, und der Hardware-Aufwand ist beträchtlich. Die Forscher glauben, dass ähnliche Module aneinandergereiht werden können, um viel längere Pipelines zu schaffen.
Ein weiteres Problem ist die Schallintensität. Den Forschern zufolge entspricht die Ultraschallintensität in der Mitte des Rohrs dem kontinuierlichen Abfeuern einer Waffe in Ihr Ohr; Selbst außerhalb des Geräts ist die akustische Intensität vergleichbar mit dem Stehen neben einem Düsentriebwerk. Glücklicherweise liegen 40 Kilohertz außerhalb des normalen Hörbereichs des Menschen. Man kann dieses Brüllen eigentlich überhaupt nicht hören, aber es ist am besten, darauf zu achten, dass sich keine Hunde in der Nähe befinden.
Relevante Forschungsergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) der Vereinigten Staaten veröffentlicht.
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