Freies Schweben durch einen akustischen Traktorstrahl, das klingt zunächst nach Science Fiction. Mittlerweile handelt es sich dabei aber um einen „Science Fact“. Ingenieure der Universität Bristol haben zum ersten Mal demonstriert, dass es möglich ist, ein Objekt mittels Schallwellen nicht nur in die Luft zu bringen, sondern dort auch dauerhaft zu fixieren.
Die Größe der Objekte setzt Grenzen
Dinge per akustischer Levitation (zum Wikipedia-Eintrag) schweben zu lassen, ist schon seit langem ein Ziel von Wissenschaftlern. Einziges Problem war es bisher, dass sich Objekte, die größer sind als die Wellenlänge der Schallwellen, nicht anheben ließen. Forscher aus Brasilien und Großbritannien konnten sich über diese Beschränkung bereits im Sommer 2016 erfolgreich hinwegsetzen und schafften es, einen Styropor-Ball, der die 3.6-fache Größe der Ultraschallwellen aufwies, zum Schweben zu bringen.
Rotation des Schalls verhindert Fixierung
Die Ingenieure der Universität Bristol gingen noch einen Schritt weiter: Mit einem akustischen Traktorstrahl, der per Schallleistung die meisten Flüssigkeiten und festen Stoffe erfassen kann, hoben sie ebenfalls größere Objekte in die Luft und fingen sie dort ein.
Bisher scheiterten alle Versuche, größere schwebende Objekte in der Luft einzufangen, daran, dass ein rotierendes Schallfeld einen Teil seiner Drehbewegung auf die Partikel überträgt. Dadurch kreisen diese immer schneller bis sie herausgeschleudert werden.
Objekte werden im Schall-Tornado gefangen
Der neu veröffentlichte Ansatz nutzt dagegen schnell fluktuierende akustische Wirbel, die Tornados ähneln: im Kern sind sie geräuschlos, während die wirbelsturmartige Struktur außen lauten Schall erzeugt. Die Forscher fanden heraus, dass die Rate der Rotation durch schnelles Wechseln der Drehungsrichtung der Wirbel fein einstellbar ist und den Traktorstrahl stabilisiert. Anschließend konnten sie die Größe des stillen Kerns erhöhen, um diesen für größere Objekte aufnahmefähig zu machen.
Es gelang ihnen, einen Styropor-Ball mit dem Traktorstrahl einzufangen, der mehr als zweimal größer als die Wellenlänge war – das bisher größte jemals in einem Traktorstrahl gefangene Objekt.
Der schwebende Mensch ist möglich
Die beteiligten Forscher sind überzeugt, dass akustische Traktorstrahlen großes Potenzial für zahlreiche neue Anwendungen besitzen. Ein Szenario könnten den Wissenschaftlern zufolge kontaktlose Fließbänder sein, an denen empfindliche Produkte ohne Berührung zusammen gesetzt würden. Andere Anwendungsbereiche sehen die Manipulation von Medikamenten oder kleinstchirurgischen Instrumenten innerhalb des menschlichen Körpers vor. Es wird aber auch davon gesprochen, dass dieser technische Durchbruch möglicherweise dazu führen könnte, auch Menschen in freies Schweben zu versetzen.