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Water runs horizontally through the air, a thin stream with nothing touching it. Five centimeters away, a cylinder lined with hundreds of tiny speakers surrounds it, and no sound comes out. At the University of Helsinki, the 256 small speakers emit ultrasound, sound above the range of human hearing, at about 40 kilohertz, and those waves hold the stream in place. “Of all the experimental setups I have seen, I would say this is the closest thing to magic,” says Ari Salmi, professor of electronics, who led the development. It is not magic, but a long line of ultrasound research in the university's Electronics Research Laboratory. The results are published in PNAS.
El agua discurre horizontalmente por el aire, un chorro fino que no toca nada. A cinco centímetros, un cilindro recubierto de cientos de pequeños altavoces lo rodea, y no sale ningún sonido. En la Universidad de Helsinki, los 256 pequeños altavoces emiten ultrasonidos, sonido por encima del rango de la audición humana, a unos 40 kilohercios, y esas ondas mantienen el chorro en su sitio. «De todos los montajes experimentales que he visto, diría que este es lo más parecido a la magia», afirma Ari Salmi, catedrático de electrónica, que dirigió el desarrollo. No es magia, sino una larga línea de investigación en ultrasonidos del Laboratorio de Investigación en Electrónica de la universidad. Los resultados se han publicado en PNAS.
The idea started with a cleaning problem. Four years ago, the team was building a device that scrubbed the inside of pipes with ultrasound. Over lunch, Salmi and a colleague agreed it would be handy if a pipe had no surface for dirt to stick to. On an evening walk with his dog, Salmi arrived at the answer: form the walls of a tube out of sound. Getting there was another matter. The team had to find, by trial and error, how to drive the speakers so that a tube would form, working with colleagues from the Public University of Navarre and the University of Michigan.
La idea nació de un problema de limpieza. Hace cuatro años, el equipo desarrollaba un dispositivo que frotaba el interior de las tuberías con ultrasonidos. Durante la comida, Salmi y un colega coincidieron en que sería práctico que una tubería no tuviera superficie donde se adhiriera la suciedad. En un paseo nocturno con su perro, Salmi llegó a la respuesta: formar las paredes de un tubo con sonido. Llegar hasta ahí fue otra cosa. El equipo tuvo que averiguar, por ensayo y error, cómo controlar los altavoces para que se formara un tubo, trabajando con colegas de la Universidad Pública de Navarra y de la Universidad de Míchigan.
What the tube can carry is wider than liquid. The team describes moving powder, mist and liquids, and guiding an electric discharge along a chosen route. The direction can be changed on the fly, for instance when a liquid must be sent somewhere new, and it can be dispensed with single-drop precision. “By changing how the speakers are controlled, we can reshape and turn the tube as needed,” explains postdoctoral researcher Dmitry Nikolaev, who led the project. Each substance needs its own pattern: “Transporting a solid substance, for example, requires a different field configuration than transporting a liquid or a gas.”
Lo que puede transportar el tubo va más allá de los líquidos. El equipo describe el desplazamiento de polvo, niebla y líquidos, y el guiado de una descarga eléctrica por una ruta elegida. La dirección puede cambiarse sobre la marcha, por ejemplo cuando un líquido debe enviarse a un nuevo destino, y puede dosificarse gota a gota. «Al cambiar la forma en que se controlan los altavoces, podemos remodelar el tubo y hacerlo girar según sea necesario», explica el investigador posdoctoral Dmitry Nikolaev, que dirigió el proyecto. Cada sustancia necesita su propio patrón: «Transportar una sustancia sólida, por ejemplo, requiere una configuración de campo distinta a la de transportar un líquido o un gas».
The prototype is small. Its working section is 8 centimeters long and draws about 50 watts, roughly what an old-fashioned incandescent bulb uses. According to Nikolaev, similar modules could easily be linked in a row to build a tube of any length. The sound is intense at the core, he says: “comparable to a continuous roar of gunfire right next to your ear.” Humans cannot hear it, because it is too high-pitched. Dogs, the article notes, might not appreciate it.
El prototipo es pequeño. Su sección de trabajo mide 8 centímetros de largo y consume unos 50 vatios, más o menos lo que gasta una bombilla incandescente tradicional. Según Nikolaev, módulos similares podrían unirse fácilmente en hilera para construir un tubo de cualquier longitud. El sonido es intenso en el núcleo, asegura: «comparable a un estruendo continuo de disparos justo junto al oído». Las personas no lo oyen, porque es demasiado agudo. Los perros, señala el artículo, quizá no lo aprecien.
What changes, and for whom? The case for the tube is the pipe that causes trouble today. Corrosive or sticky substances make problems in ordinary pipes, and a tube with no solid wall gives them no wall to attack or to cling to. For delicate, contamination-sensitive materials, the absence of walls removes the risk of contamination. For those who move such products, the promise is a line that needs no cleaning. But the sources give no timeline, and no industrial installation has been announced. The present result is one 8-centimeter section, measured in a laboratory, and the chaining of modules into a longer tube is described as possible, not yet shown.
¿Qué cambia, y para quién? El argumento a favor del tubo es la tubería que hoy da problemas. Las sustancias corrosivas o pegajosas causan males en las tuberías convencionales, y un tubo sin pared sólida no ofrece ninguna pared que atacar ni a la que adherirse. Para materiales delicados y sensibles a la contaminación, la ausencia de paredes elimina el riesgo de contaminación. Para quienes trasladan esos productos, la promesa es una línea que no necesita limpieza. Pero las fuentes no dan ningún calendario, y no se ha anunciado ninguna instalación industrial. El resultado actual es una sección de 8 centímetros, medida en laboratorio, y la unión de módulos para formar un tubo más largo se describe como posible, pero aún no demostrada.