Il silenzio è rotto da un lieve ronzio. Nell’aria, una piccola sfera levita, danza, ruota su se stessa. Non è magia: è la potenza dell’acustica avanzata. In un laboratorio svizzero, alcuni scienziati hanno appena compiuto un passo da gigante verso il controllo della materia attraverso il suono. E le implicazioni sono tante.
Una nuova frontiera nell’acustica
Nel cuore del Politecnico Federale di Losanna, un team di ricercatori guidato dal professor Romain Fleury ha sviluppato una tecnologia acustica davvero straordinaria. Questa innovazione permette di manipolare oggetti con precisione utilizzando onde sonore, anche in ambienti complessi e dinamici.
È un significativo passo avanti rispetto alle tecnologie esistenti, e apre nuove possibilità in campi che vanno dalla medicina alla produzione industriale.
Oltre le pinze ottiche
Per comprendere l’importanza di questa scoperta nell’ambito dell’acustica, è necessario fare un passo indietro. Nel 2018, Arthur Ashkin vinse il Premio Nobel per la Fisica per l’invenzione delle “pinze ottiche”, una tecnologia che utilizza laser per manipolare particelle microscopiche. Fleury spiega:
Le pinze ottiche funzionano creando un ‘punto caldo’ di luce per intrappolare le particelle, come una palla che cade in un buco. Ma se ci sono altri oggetti nelle vicinanze, questo buco è difficile da creare e spostare.
La nuova tecnologia acustica supera questi limiti, operando efficacemente anche in ambienti caotici e dinamici.
Come funziona l’acustica avanzata
Il sistema sviluppato da Fleury e dai suoi colleghi utilizza un approccio innovativo. Invece di “intrappolare” gli oggetti, li spinge delicatamente, come si farebbe con un disco da hockey. La chiave di questo controllo preciso risiede nella misurazione continua della cosiddetta “matrice di dispersione” (S matrix).
Questa matrice descrive come un’onda incidente viene dispersa da un oggetto. Misurando questa matrice in tempo reale, i ricercatori possono determinare come l’oggetto influenza l’onda e utilizzare queste informazioni per modellare le onde successive in modo ottimale.
Esperimenti pionieristici
Per dimostrare l’efficacia di questa tecnologia acustica, i ricercatori hanno condotto esperimenti utilizzando una guida d’onda acustica riempita d’acqua. Una pallina da ping-pong mobile fungeva da oggetto bersaglio, mentre cilindri dispersori creavano un ambiente di dispersione complesso. Al contempo, gruppi di altoparlanti e microfoni posizionati su entrambi i lati della guida d’onda controllavano e misuravano le onde incidenti e in uscita.Misurando continuamente la matrice S mentre la palla si muoveva, i ricercatori sono riusciti ad adattare i fronti d’onda per applicare il momento necessario a guidare la palla lungo un percorso desiderato. Questo processo iterativo ha permesso un controllo preciso sul movimento della palla, anche in presenza di cambiamenti dinamici nell’ambiente. Trovate qui lo studio pubblicato su Nature.
Applicazioni rivoluzionarie dell’acustica
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia acustica, come detto, sono vaste e promettenti. Fleury sottolinea in particolare quelle in campo biomedico:
Alcuni metodi di somministrazione di farmaci utilizzano già le onde sonore per rilasciare farmaci incapsulati: questa tecnica è particolarmente interessante per spingere un farmaco direttamente verso le cellule tumorali, per esempio.
La natura non invasiva e praticamente innocua di questa tecnologia acustica la rende ideale per applicazioni mediche delicate. Potrebbe rivoluzionare la somministrazione mirata di farmaci, consentendo trattamenti più precisi e meno invasivi.
I prossimi passi
Una delle principali sfide ancora da superare è la scalabilità della tecnica per gestire oggetti più piccoli o complessi, in particolare in ambienti tridimensionali. L’attuale configurazione è principalmente bidimensionale, e l’adattamento per la manipolazione tridimensionale richiederà progressi nella misurazione e nel controllo dei fronti d’onda in tutte le direzioni.
Un’altra sfida cruciale è mantenere la precisione durante l’intero processo, un aspetto essenziale per le applicazioni biomediche. La ricerca continua per affinare la tecnica e affrontare queste sfide, con l’obiettivo di sbloccare il pieno potenziale di questa tecnologia acustica rivoluzionaria.
Il futuro dell’acustica
Questa ricerca nell’ambito dell’acustica apre la strada a un futuro in cui il suono diventa uno strumento potente e versatile per interagire con il mondo fisico. Dalla medicina di precisione alla produzione avanzata, le possibilità sono vaste e affascinanti.
Perfezionando la tecnica e affrontando le sfide attuali, i ricercatori possono sbloccare il suo pieno potenziale e rivoluzionare vari campi che si basano sulla manipolazione precisa degli oggetti.
Ci attende un futuro in cui il suono non è più solo un mezzo di comunicazione o intrattenimento, ma uno strumento potente per plasmare e interagire con il mondo fisico.
