Wie man Objekte mit Schall schweben lässt

Levitation. Manche Zauberer haben sehr gute Tricks, und dann finden wir viele Leute, die mit Magneten oder Temperaturen unter dem Gefrierpunkt spielen, aber es gibt eine andere Option, und das ist die akustische Levitation. Durch die Verwendung einer Reihe präzise kalibrierter Schallwellen können Labore kleine „Löcher“ erzeugen, die die Schwerkraft aufheben. Der Effekt hat Grenzen, was die Größe der Objekte (maximal drei Millimeter) und die Schallleistung betrifft, aber dennoch besitzt er sehr interessante Anwendungen.

Maglev-Züge, Experimente mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auf YouTube, neue Werbeformen. Levitation ist keine Science-Fiction, da sind wir sicher… aber sie ist in der Regel mit Magneten und ungewöhnlichen Materialien verbunden. Es gibt jedoch eine andere Variante, die mit Schall zu tun hat. Die sogenannte akustische Levitation ist hier bei NeoTeo nichts Fremdes. Im Jahr 2014 untersuchten wir die Steuerungstechniken japanischer Wissenschaftler, aber 2012 war es das Argonne National Laboratory, das uns sein großartiges Gerät zeigte. Dorthin reisen wir erneut dank der Leute von Wired, die einen der führenden Physiker dieser Einrichtung interviewten, Chris J. Benmore:

Wie funktioniert akustische Levitation?

In seiner einfachsten Definition nutzt die akustische Levitation Schallwellen, um eine Kraft zu erzeugen, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Ihre ursprüngliche Entwicklung stammte von der NASA in den 60er Jahren, aber sie hat in den letzten zehn Jahren stark an Bedeutung gewonnen, und die wichtigsten Institutionen der Welt haben bereits Zugang zu dieser Technologie.

Das Argonne-Gerät basiert auf zwei Transducern, die ihre jeweiligen Hörner etwa 22.000 Mal pro Sekunde schwingen lassen. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Wellen erzeugt das, was als stehende Welle bekannt ist. An einigen Punkten verstärken sich die Wellen gegenseitig, während sie sich an anderen vollständig aufheben (Knoten und Bäuche). In diesen „Löchern“ oder Bäuchen kann eine Person Objekte platzieren und sie in der Luft schweben lassen.

Einer der beeindruckendsten Aspekte des Geräts ist, dass es im aktiven Zustand Schall mit einer Intensität erzeugt, die der eines Rockkonzerts entspricht… aber wir können ihn nicht hören. Wer ein jüngeres Gehör hat kann vielleicht einen leichten Puls wahrnehmen, aber mehr auch nicht (die 22 kHz liegen an der Grenze dessen, was ein menschliches Ohr hört). Die Bäuche haben einen Durchmesser von sechs Millimetern, und die maximale Größe des zu levitierenden Objekts darf die Hälfte dieses Werts nicht überschreiten. Jedes der Objekte scheint in die richtige Position zu passen, fast wie ein „Snap“-Effekt.

Ein weiterer grundlegender Vorteil der akustischen Levitation ist, dass sie es Experten ermöglicht, mit Flüssigkeiten zu arbeiten. Das ermöglicht die Untersuchung einzelner Tröpfchen in einem Mikrogravitationsraum und die Reaktion verschiedener Medikamente mithilfe von Röntgenstrahlen, wobei die Wechselwirkung ihrer Moleküle überprüft wird, um dann die Formel zu optimieren und noch wirksamere Varianten zu erhalten. Nun stellt das Levitieren größerer Objekte eine erhebliche Herausforderung dar, aber die Verwendung von netzwerkförmigen Transducern und eine präzisere Steuerung der erzeugten Wellen können die Möglichkeiten dieser Technologie erweitern.