Ondas sonoras hacen que múltiples objetos leviten en un reciente estudio

En un futuro quizás no muy lejano, los cirujanos podrían realizar una variedad de procedimientos médicos sin tocar al paciente, gracias a los avances en las "pinzas acústicas".

Los cirujanos no se encogerán ni enviarán al cuerpo como en la ciencia ficción de la década de 1960, Fantastic Voyage, pero podrían programar una serie especializada de mini parlantes para crear un intrincado campo de sonido que atrapa y manipula los objetos seleccionados en pinzas acústicas para la manipulación dentro del tejido.

Los avances en pinzas acústicas del profesor Bruce Drinkwater en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Bristol y su colega, el Dr. Asier Marzo, de la Universidad Pública de Navarra en España, están impulsando la tecnología hacia esta realidad que suena futurista. Los desarrollos recientes del equipo, publicados el 17 de diciembre en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), demuestran por primera vez la levitación acústica y la manipulación de múltiples objetos simultáneamente.

El profesor Drinkwater imagina una iteración de este sistema que se utilizará eventualmente para curar acústicamente las lesiones internas o administrar medicamentos a los órganos objetivo. Dijo: "Ahora tenemos más versatilidad: múltiples pares de manos para mover cosas y realizar procedimientos complejos, abre posibilidades que simplemente no existían antes".

El sonido ejerce una pequeña fuerza acústica y al aumentar el volumen de las ondas ultrasónicas, demasiado agudo para que los humanos las escuchen, los científicos crean un campo de sonido lo suficientemente fuerte como para mover pequeños objetos. Ahora, el profesor Drinkwater y el Dr. Marzo han habilitado la generación eficiente de campos de sonido lo suficientemente complejos como para atrapar múltiples objetos en las ubicaciones objetivo.

El Dr. Marzo explicó: "Aplicamos un algoritmo novedoso que controla una serie de 256 altavoces pequeños, y eso es lo que nos permite crear los campos acústicos intrincados, como pinzas".

Las pinzas acústicas tienen capacidades similares a las pinzas ópticas, las ganadora del Premio Nobel 2018 que utiliza láseres para atrapar y transportar micropartículas. Sin embargo, las pinzas acústicas tienen la ventaja sobre los sistemas ópticos cuando se trata de operar dentro del tejido humano.

Los láseres solo viajan a través de medios transparentes, lo que los hace difíciles de usar para aplicaciones dentro de tejido biológico. Por otro lado, el ultrasonido se usa habitualmente en las exploraciones de embarazo y en el tratamiento de cálculos renales, ya que puede penetrar de forma segura y no invasiva en el tejido biológico.

Otra ventaja es que los dispositivos acústicos son 100.000 veces más eficientes energéticamente que los sistemas ópticos. El profesor Drinkwater explicó: "Las pinzas ópticas son una tecnología fantástica, pero siempre están peligrosamente cerca de matar a las células que se mueven, con la acústica aplicamos el mismo tipo de fuerzas pero con menos energía asociada. Hay muchas aplicaciones que requieren manipulación celular y Los sistemas acústicos son perfectos para ellos".

Para demostrar la precisión de su sistema, los científicos unieron dos esferas de poliestireno milimétricas a un trozo de hilo y usaron las pinzas acústicas para "coser" el hilo en un trozo de tela. El sistema también puede controlar simultáneamente el movimiento 3D de hasta 25 de estas esferas en el aire.

El equipo confía en que la misma metodología podría adaptarse a la manipulación de partículas en el agua en aproximadamente un año. Esperan que poco después, pueda ser adaptado para su uso en tejido biológico.

El Dr. Marzo explicó: "La flexibilidad de las ondas de sonido ultrasónicas nos permitirá operar a escalas micrométricas para colocar células dentro de ensamblajes impresos en 3D o tejido vivo, o a una escala más grande, para levitar píxeles tangibles que forman un holograma físico en el aire".  @mundiario