Šveitsi Riikliku Tehnikaülikooli Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) teadlased hõljutasid uutmoodi aparaadi helilainetel mitmesuguseid esemeid, muuhulgas hambaorke ning veepiisku. Esmakordselt õnnestus ka esemete juhtimine, tilkade liitmine ning seeläbi keemiliste reaktsioonide juhtimine ning koguni hõljuva hambaorgi keeramine.
Hõljuv ning pöörlev hambaork.
Hambaorgi hõljutamine võib tunduda kahtlase, ülemöödunud sajandi alguse mustkunstitrikina. Ent tegelik nõks, mida töörühma liige, ETH Termodünaamika Laboratooriumi Arenevate Tehnoloogiate postdoktorant Daniele Forestri kasutas, on seotud helilainetega. Tegemist pole pelga trikiga. Näiteks tagab kontaktivaba keskkond mitmete reaktsioonide kulu, mis vastasel juhul ei reageeriks. On teada, et osad bioloogilised ning keemilised ained lagunevad, kui neid vastu mõnd pinda asetada.
Praeguseni on esemete hõljutamine saavutatud magnetväljas, elektriväljas või vedelikus. Need meetodid aga piiravad käsitletavate materjalide hulka. „On väga keeruline magnetväljas vedelikutilka üheaegselt hõljutada ning juhtida. Vedelikul peavad esiteks olema sobilikud magnetomadused. Ning vedelikkeskkonnas saab kasutada vaid katsetilkasid, mis ei segune, nagu õli ja vesi,“ seletas töörühma juht ning ETH termodünaamika professor Dimos Poulikakos.
Heliga saab seevastu kõiki ainelisi esemeid hõljutada. Piirav asjaolu on eseme läbimõõt, mis peab olema pool kasutatava helilaine pikkusest. Ese jääb masina kohale hõljuma siis, kui sellele mõjuvad jõud on tasakaalus. Teisisõnu peab tasakaalustuma helilainete rõhujõud ning gravitatsioonijõud. Masina helilainete generaator tekitab hõljukeseme ning generaatori vahel seisulaine. Üldistatult püsib samadel tööpõhimõtetel paigal õhujukka stopatud pingpongipall.
Helilainete hõljutav omadus avastati juba enam kui 100 aastat tagasi. Enne ETH töörühma saavutust ei suudetud aga hõljukobjekti juhtida. Foresti masinal on mitmed paralleelsed saatja-peegeldajamoodulid. Hõljukeset saab juhtida, kui kõrvutiasetsevate moodulitega natuke erinevaid helilaineid genereerida.
Foresti liitis ühes katses lahustuva kiirkohvi graanuli ning veetilga. Teises katses segas ta aluse- ning happetilga. Reaktsioonis moodustusid fluorestseeruvad ühendid, mis helendusid vaid neutraalse pH-ga keskkonnas. Veetilkade segunemisest on jäädvustatud aga järgmine video:
[vsw id=”WUbftsvwAgs” source=”youtube” width=”425″ height=”344″ autoplay=”no”]
„Meie akustilisel hõljutamismasinal on lai rakenduste hulk,“ ütles Foresti. Ühel hõljukalusel on võimalik sooritada mitu üheaegset liikumist. See peaks tööstusele huvi pakkuma küll. Näiteks vajavad osad bioloogilised ning keemilised eksperimendid enne analüüsi segunemisaega. Uue meetodiga saaks segada väikseid ainekoguseid järk-järguliselt kasvavas kontsentratsioonis nii, et segumass jääks kontaktpinnast puutumata.
Meetodit katsetati mitme millimeetri paksuste vedelikutilkadega. Heli lainepikkus ning amplituud valitakse iga aine jaoks hoolika analüüsiga, sest näiteks liiga kõrge helirõhk võib põhjustada vedelikutilga plahvatusliku pihustumise. Töörühmal õnnestus hõljutada vett, erinevaid lahusteid ning süsinikühendeid.
Allikas: ScienceDaily, YouTube