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Martes 18 de diciembre de 2018 [Investigacion]

Un investigador de la UPNA logra, por primera vez, levitar por medio del sonido múltiples objetos de forma independiente

Asier Marzo ha trabajado con el profesor de la Universidad de Bristol Bruce Drinkwater en esta tecnología que podría servir para operaciones quirúrgicas sin incisiones

Asier Marzo Pérez, investigador del Departamento de Estadística, Informática y Matemáticas de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), y Bruce Drinkwater, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Bristol (Reino Unido), han conseguido, por primera vez, la levitación acústica de múltiples objetos de forma independiente. Esta tecnología podría utilizarse para manipular pequeñas partículas dentro del cuerpo humano sin ningún tipo de incisión y también para mostrar información por medio de píxeles levitantes. Esta investigación, que ha sido financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido, acaba de ser publicada en la revista científica “Proceedings of the National Academy of Science”, la publicación oficial de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

 

zoomCuatro grupos de partículas milimétricas son levitadas encima de una mano. Créditos: Iñaki Zaldúa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

Cuatro grupos de partículas milimétricas son levitadas encima de una mano. Créditos: Iñaki Zaldúa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

El sonido puede ejercer fuerza en los objetos. Al utilizar ondas ultrasónicas y subir mucho el volumen, los científicos crean un campo acústico capaz de mover múltiples objetos de pequeño tamaño. El nuevo algoritmo desarrollado por el equipo de investigadores permite la generación eficiente de campos acústicos lo suficientemente complejos como para atrapar múltiples objetos en las posiciones deseadas.

Ventajas de las pinzas acústicas

Estas pinzas acústicas tienen capacidades similares a las pinzas ópticas, ganadoras del Premio Nobel de Física de este año, que utilizan láseres para atrapar y transportar micropartículas. Sin embargo, las pinzas acústicas tienen varias ventajas sobre las ópticas.

Los láseres sólo viajan a través de medios transparentes, lo que hace complicado que se puedan utilizar para aplicaciones dentro de tejido biológico. Por el contrario, el ultrasonido se usa habitualmente en las ecografías del embarazo y en el tratamiento de cálculos renales, ya que puede penetrar de forma segura y no invasiva en el tejido.

Otra ventaja es que los dispositivos acústicos son 100.000 veces más eficientes que los sistemas ópticos. “Las pinzas ópticas son una tecnología fantástica, pero siempre están peligrosamente cerca de matar las células que manipulan. En cambio, con la versión acústica, generamos fuerzas con la misma magnitud, pero con mucha menos energía. Hay muchas aplicaciones que requieren manipulación celular y los sistemas acústicos son perfectos para ello”, señala el profesor Drinkwater.

zoomPartículas milimétricas, adheridas a un hilo y a un trozo de tela. Las partículas se pueden posicionar con suficiente precisión como para pasar el hilo a través de un agujero en la tela. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

Partículas milimétricas, adheridas a un hilo y a un trozo de tela. Las partículas se pueden posicionar con suficiente precisión como para pasar el hilo a través de un agujero en la tela. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

Para demostrar la precisión de su sistema, los científicos adhirieron dos esferas milimétricas a los extremos de un hilo y usaron las pinzas acústicas para “coser” el hilo en un trozo de tela. El sistema puede controlar simultáneamente el movimiento 3D de hasta 25 partículas en el aire. El equipo confía en que la técnica podría adaptarse a la manipulación de partículas en agua en, aproximadamente, un año. Poco después, podría ser adaptada para su uso en tejido biológico.

“La flexibilidad de las ondas ultrasónicas nos permite operar a escalas micrométricas para mover las células dentro de estructuras impresas en 3D o tejido vivo —explica Asier Marzo—. Pero también podemos trabajar a una escala más grande, por ejemplo, para levitar píxeles tangibles que forman diferentes objetos en el aire”. Dichos objetos, que están formados por partículas levitantes, pueden ser observados por varias personas desde diferentes ángulos, también son susceptibles de tocarse y manipularse de forma directa; es decir, arrastrándolos con las manos. “Estamos acostumbrados a los píxeles bidimensionales encerrados en nuestro monitor, pero nos gustaría ver una tecnología donde los objetos estén formados por pixeles tangibles que flotan en medio del aire”, añade el investigador de la UPNA.

zoomDispositivo de pinzas acústicas holográficas. Dos paneles con 256 transductores ultrasónicos cada uno son capaces de generar campos acústicos lo suficientemente complejos y potentes como para levitar partículas en las posiciones deseadas. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

Dispositivo de pinzas acústicas holográficas. Dos paneles con 256 transductores ultrasónicos cada uno son capaces de generar campos acústicos lo suficientemente complejos y potentes como para levitar partículas en las posiciones deseadas. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

zoomEl investigador Asier Marzo, que ha realizado este proyecto, comprueba la fuerza de las trampas acústicas. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

El investigador Asier Marzo, que ha realizado este proyecto, comprueba la fuerza de las trampas acústicas. Créditos: Sergio Larripa, Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

zoomLevitación de seis partículas de dos milímetros de diámetro en un patrón preconfigurado. A la izquierda, se encuentra el experimento y, a la derecha, las simulaciones del campo acústico. Créditos: Asier Marzo y Bruce Drinkwater.

Levitación de seis partículas de dos milímetros de diámetro en un patrón preconfigurado. A la izquierda, se encuentra el experimento y, a la derecha, las simulaciones del campo acústico. Créditos: Asier Marzo y Bruce Drinkwater.