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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.
L'acqua scorre orizzontalmente nell'aria, un sottile filo che non tocca nulla. A cinque centimetri di distanza, un cilindro rivestito da centinaia di minuscoli altoparlanti lo circonda, e non esce alcun suono. All'Università di Helsinki, i 256 piccoli altoparlanti emettono ultrasuoni, cioè suoni al di sopra della soglia dell'udito umano, a circa 40 kilohertz, e queste onde mantengono il flusso al suo posto. «Tra tutti gli allestimenti sperimentali che ho visto, direi che questo è la cosa più vicina alla magia», afferma Ari Salmi, professore di elettronica, che ha guidato lo sviluppo. Non è magia, ma il risultato di una lunga serie di ricerche sugli ultrasuoni condotte nel Laboratorio di ricerca in elettronica dell'ateneo. I risultati sono pubblicati su 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.
L'idea nasce da un problema di pulizia. Quattro anni fa, il team stava costruendo un dispositivo che puliva l'interno delle tubazioni con gli ultrasuoni. Durante il pranzo, Salmi e un collega hanno concordato che sarebbe stato utile se una tubazione non avesse superfici a cui lo sporco potesse attaccarsi. Durante una passeggiata serale con il suo cane, Salmi è arrivato alla risposta: dare alle pareti di un tubo la forma del suono. Arrivarci è stata un'altra faccenda. Il team ha dovuto trovare, per tentativi ed errori, il modo di pilotare gli altoparlanti in modo da formare un tubo, lavorando con colleghi dell'Università Pubblica di Navarra e dell'Università del Michigan.
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.”
Ciò che il tubo può trasportare va oltre i liquidi. Il team descrive lo spostamento di polveri, nebbia e liquidi, e la guida di una scarica elettrica lungo un percorso scelto. La direzione può essere cambiata al volo, per esempio quando un liquido deve essere inviato in una nuova destinazione, e il liquido può essere erogato con precisione goccia a goccia. «Modificando il modo in cui vengono controllati gli altoparlanti, possiamo rimodellare e far girare il tubo secondo le necessità», spiega il ricercatore post-dottorato Dmitry Nikolaev, che ha guidato il progetto. Ogni sostanza richiede una configurazione propria: «Trasportare una sostanza solida, per esempio, richiede una configurazione del campo diversa dal trasporto di un liquido o di 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.
Il prototipo è piccolo. La sua sezione di lavoro è lunga 8 centimetri e assorbe circa 50 watt, più o meno quanto consuma una vecchia lampadina a incandescenza. Secondo Nikolaev, moduli simili potrebbero essere facilmente collegati in fila per costruire un tubo di qualsiasi lunghezza. Il suono è intenso al centro, sostiene: «paragonabile a un fragore continuo di spari proprio accanto all'orecchio». Gli esseri umani non possono sentirlo, perché è troppo acuto. I cani, come sottolinea l'articolo, potrebbero non apprezzarlo.
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.
Cosa cambia, e per chi? Il vantaggio del tubo sta nella tubazione che oggi crea problemi. Le sostanze corrosive o appiccicose danno guai nelle tubazioni tradizionali, e un tubo senza parete solida non offre loro alcuna superficie da aggredire o a cui aderire. Per i materiali delicati e sensibili alla contaminazione, l'assenza di pareti elimina il rischio di contaminazione. Per chi movimenta questi prodotti, la promessa è una linea che non richiede alcuna pulizia. Ma le fonti non indicano alcuna scadenza e non è stata annunciata alcuna installazione industriale. Il risultato attuale è una sezione di 8 centimetri, misurata in laboratorio, e il collegamento di moduli in un tubo più lungo è descritto come possibile, ma non ancora dimostrato.