Esqueça os lasers. A nova ferramenta para os físicos é o som

As ondas sonoras também podem direcionar objetos dentro de organismos. Daniel Ahmed, engenheiro da ETH Zurich na Suíça, ultrassom usado recentemente para mover contas de plástico ocas dentro de um embrião de peixe-zebra vivo. Ao fazer esses experimentos, Ahmed pretende demonstrar o potencial do uso do som para guiar drogas para um local-alvo dentro de um animal, como um tumor. Semelhante à pinça acústica, o ultrassom cria um padrão repetitivo de áreas de baixa e alta pressão dentro do embrião, permitindo que Ahmed use as bolsas de pressão para empurrar as esferas. Outros pesquisadores estão investigando a capacidade de direcionamento do som para tratar cálculos renais. Um estudo de 2020por exemplo, usou ultra-som para mover as pedras nas bexigas de porcos vivos.

Outros pesquisadores estão desenvolvendo uma tecnologia conhecida como holografia acústica para moldar as ondas sonoras, a fim de projetar com mais precisão a localização e a forma das zonas de pressão em um meio. Os cientistas projetam ondas sonoras através de uma placa padronizada conhecida como holograma acústico, que geralmente é impressa em three-D e projetada por computador. Ele molda as ondas sonoras de maneira intrincada e predefinida, assim como um holograma óptico faz para a luz. Em explicit, os pesquisadores estão investigando como eles podem usar hologramas acústicos para pesquisa do cérebro, focando ondas de ultrassom para atingir um native preciso na cabeça, o que pode ser útil para fins terapêuticos e de imagem.

Andrea Alù também explora novas formas de moldar as ondas sonoras, mas não necessariamente adaptadas a aplicações específicas. Em uma demonstração recente, sua equipe som controlado com Legos.

A fim de controlar a propagação do som de novas maneiras, sua equipe empilhou os blocos de plástico em uma bandeja em um padrão de grade, fazendo com que eles grudassem como árvores em uma floresta. Ao agitar o prato, eles produziram ondas sonoras em sua superfície. Mas o som viajou bizarramente sobre o prato. Normalmente, uma onda sonora deve se dispersar simetricamente em círculos concêntricos, como a ondulação de uma pedra caindo em um lago. Alù podia fazer o som viajar apenas em padrões particulares.

O projeto de Alù se inspira não na luz, mas no elétron – que, de acordo com a mecânica quântica, é tanto uma onda quanto uma partícula. Em explicit, os Legos foram projetados para imitar o padrão de cristal de um tipo de subject matter conhecido como grafeno de bicamada torcida, que restringe o movimento de seus elétrons de maneira distinta. Sob certas condições, os elétrons fluem apenas nas bordas desse subject matter. Em outros, o subject matter se torna supercondutor, e os elétrons formam pares e se movem através dele sem resistência elétrica.

Como os elétrons se movem tão estranhamente neste subject matter, a equipe de Alù previu que a geometria do cristal, dimensionada para o tamanho de Lego, também restringiria o movimento do som. Em um experimento, a equipe descobriu que eles poderiam fazer o som emanar em forma de ovo alongado, ou em ondulações que se curvam para fora como as pontas de um estilingue.

Essas trajetórias acústicas incomuns ilustram paralelos surpreendentes entre som e elétrons e sugerem formas mais versáteis de controlar a propagação do som, o que pode ser útil para imagens de ultrassom ou a tecnologia acústica da qual os telefones celulares dependem para se comunicar com torres de celular, diz Alù. Por exemplo, Alù criou um dispositivo com princípios semelhantes que permitem que o som se propague apenas em uma direção. Assim, o dispositivo pode distinguir um sinal de transmissão de um sinal de retorno, o que significa que pode permitir que a tecnologia transmita e receba sinais da mesma frequência simultaneamente. Isso é diferente do sonar, que envia uma onda acústica e precisa esperar o eco retornar antes de enviar um ping para o ambiente novamente.

Mas aplicações à parte, esses experimentos mudaram a forma como os cientistas pensam sobre o som. Não é apenas algo que você pode explodir dos telhados, sussurrar no ouvido de alguém ou até mesmo usar para mapear um ambiente submarino. Está se tornando uma ferramenta de precisão que os cientistas podem moldar, direcionar e manipular de acordo com suas necessidades.