Iñigo Ezcurdia Aguirre, graduado en Ingeniería Informática, ha estudiado en su tesis doctoral el uso de la levitación acústica y sus actuales limitaciones y ha propuesto novedosos algoritmos “para generar los campos de presión acústica deseados, mejorando significativamente su resolución y potencia”. Los campos de presión acústica son capaces de hacer levitar partículas de una amplia gama de materiales y tamaños a través del aire, del agua o incluso del tejido biológico.
Iñigo Ezcurdia Aguirre en el campus de Arrosadia de la UPNA.
La tesis doctoral, leída en la Universidad Pública de Navarra (UPNA) lleva por título “Optimización de campos acústicos: avances hacia el uso para la manipulación de la materia y la fabricación sin contacto”. Ha sido dirigida por Asier Marzo Pérez, profesor de Lenguajes y Sistemas Informáticos de la UPNA e investigador del instituto Smart Cities (ISC), y ha obtenido la calificación de sobresaliente “cum laude”.
La levitación acústica consiste en una serie de altavoces emitiendo con unas frecuencias, amplitudes y fases concretas, capaces de crear pozos de presión en el aire en los que atrapar pequeñas partículas y hacerlas levitar. Según explica el autor de la tesis, la levitación acústica tiene múltiples aplicaciones; entre ellas, manipulación celular, farmacología, transporte sin contacto e incluso levitación de seres vivos; “en medicina, por ejemplo, ya se están haciendo ensayos para eliminar coágulos o mover piedras del riñón sin necesidad de una intervención. También se emplea para estudiar el comportamiento de moléculas en gravedad cero y estudiar las diferentes propiedades de diversos fluidos”.
Principales aportaciones
El autor de esta investigación expone algunas de las limitaciones que existen a día de hoy en este campo, como el hecho de que “aún no se ha desarrollado un prototipo completo para la fabricación sin contacto; no ha sido posible controlar la posición y orientación de objetos que no fuesen esféricos y tampoco existen artículos científicos que estudien la manipulación acústica de objetos alargados”. Además, en el caso de la microfluídica (ciencia del control y manipulación precisa de fluidos), “ha estado limitada en cuanto a la manipulación tridimensional (3D), el tamaño de las gotas que manipular y la problemática de la contaminación cruzada”.
En ese contexto, en su tesis examina esas limitaciones y deficiencias que existen en el actual diseño y aplicación de campos acústicos. “Para dar solución a toda esta problemática —indica—, esta tesis propone novedosos algoritmos para generar campos de presión acústica deseados, mejorando significativamente su resolución y potencia mediante multiplexación espacial y temporal. Es decir, estudia y optimiza cómo diferentes campos de presión acústica, aparentemente aleatorios, pueden acumularse para mejorar la potencia y precisión de los campos de presión resultantes”.
Asimismo, como principal aporte de la tesis, “se han diseñado y evaluado diferentes trampas acústicas que permiten hacer levitar y manipular sin contacto elementos alargados, con tamaños muy por encima de los posibles hasta la fecha”. Las trampas acústicas son pozos de baja presión acústica en los que caen las partículas y quedan sostenidas o levitadas debido a las fuerzas que el sonido ejerce a su alrededor. Estas novedosas trampas han sido utilizadas, junto con un brazo robótico, para construir distintas estructuras sin contacto, haciendo levitar las materias primas hasta su destino y empleando pegamento ultravioleta, también levitado, para unir y afianzar esas construcciones. “Mediante levitación hemos fabricado desde un resistente cubo hasta un pequeño puente para salvar obstáculos, pasando por barcos dentro de botellas o una escultura de un gatito sobre una mandarina”, explica.
La tesis propone también un sistema destinado a microfluídica 3D, basado en ultrasonidos focalizados a través de una malla hidrofóbica. Este sistema es capaz de manejar un gran número de gotas de gran tamaño (mayores de 40 microlitros), fusionarlas, dividirlas o propulsarlas verticalmente logrando más de 10 centímetros de altura. “Mejora significativamente los sistemas de microfluídica ya existentes y, además, logra generar una menor contaminación superficial”, señala este investigador, que hace también una mención especial a Josu Irisarri, Sonia Elizondo, Yusuke Koroyasu, Rafael Morales y Asier Marzo, investigadores/as con quienes ha trabajado en todos estos proyectos.
Plataforma abierta
Por otro lado, Iñigo Ezcurdia explica que el uso del ultrasonido para manipular la materia “todavía sufre de ciertas limitaciones que dificultan su aplicación en ciertos escenarios”. Por ejemplo, no existe aún una plataforma de hardware unificada que permita, de forma flexible, la investigación de los campos acústicos y de la holografía acústica: “la mayoría de los dispositivos comerciales o caseros carecen de la resolución o la potencia que requiere la experimentación científica, conduciendo al personal investigador a fabricar dispositivos demasiado complejos y caros”.
En ese sentido, en el desarrollo de su tesis ha presentado una plataforma de hardware abierta y asequible, que permite al personal investigador explorar nuevas aplicaciones de los hologramas ultrasónicos de manera flexible y económica. Además, se pueden compartir “online” una serie de instrucciones y tutoriales sobre cómo construir un levitador acústico avanzado, “lo que permite acercar la ciencia de la levitación y de los campos acústicos al público general y, específicamente, a las personas entusiastas de la comunidad maker y de la electrónica”, indica.
Breve CV
Iñigo Ezcurdia Aguirre se graduó en Ingeniería Informática en la UPNA, donde posteriormente cursó el Máster Universitario en Ingeniería Informática y acaba de obtener el doctorado en Ciencias y Tecnologías Industriales. Es miembro del grupo de investigación Upnalab y desde 2015 ha participado en diversos proyectos de investigación en la UPNA centrados en campos acústicos, interacción persona-máquina, simulaciones, big data y data analytics.
Ezcurdia es profesor asociado en la UPNA donde imparte diversas asignaturas del grado y del máster en Ingeniería Informática, y colabora en los títulos propios de Internet of Things e Industria 4.0 y Desarrollo de Videojuegos y Aplicaciones de Realidad Virtual. Ha tenido también la oportunidad de divulgar su investigación en diversos foros, como el programa de televisión "El Hormiguero" o eventos como "Noche Europea de las investigadoras y los investigadores", "Tecnociencia Azoka", "Maker Faire Estella" o "Navarra Lan Party", así como en diversas conferencias internaciones de relevancia como "SIGGRAPH".