Ses Dalgalarında Hareket

İsviçre’deki bir laboratuvarda su damlacıklarını, kahve taneciklerini ya da bir kürdanı havada asılı dururken veya hareket ederken görürseniz şaşırmayın. Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü'nden (ETH) araştırmacılar, bir insanın duyabileceğinden biraz daha yüksek frekansta ses dalgaları kullanarak küçük parçacıkları ve sıvı damlacıklarını hem havada asılı tutmayı hem de hareket ettirmeyi başardı. Maddelerin havada asılı halde kalması ve kontrollü bir şekilde hareket ettirilebilmesi özellikle biyokimya ve ilaç sektöründe kullanılan malzemeler açısından yeni ve önemli uygulamaların geliştirilmesine imkân verebilir.

Maddelerin havada asılı kalmasını sağlamak için genellikle manyetik ya da elektrik alan kullanılıyor. Ancak bu yöntemler sadece manyetik özellik gösteren ya da metalik malzemelerde işe yarıyordu. Ses dalgalarının kütleçekiminin üstesinden gelebilmek için kullanılabileceği neredeyse 100 yıldan beri bilinmesine rağmen, havada asılı tutulan cismin kontrollü bir şekilde hareket ettirilebilmesini sağlamak zordu. Bu nedenle bugüne kadar yöntemin pratik uygulamalarını gerçekleştirmek mümkün olmamıştı.

Dimos Poulikakos ve arkadaşları bir potansiyel uygulandığında genişleyen ya da sıkışan piezoelektrik özellikte kristaller kullanarak ses dalgaları üreten platformlar oluşturdu. Bu platformlardan yayılan ses dalgaları üstteki yüzeye çarpana kadar yukarı doğru hareket ediyor. Yüzeye çarptıktan sonra tekrar aşağıya yansıyan ses dalgaları ile yukarı doğru hareket eden ses dalgaları çakıştığında, dalgalar birbirlerini düğüm noktası adı verilen bir bölgede sönümlendiriyor. Bu bölgeye yerleştirilen cisimler her iki yönden gelen ses dalgalarının oluşturduğu basınç nedeniyle bu noktada sıkışıp kalıyor. Böylece ağır cisimlerin havada asılı kalması mümkün oluyor.

Araştırmacılar cisimleri havada belli bir noktada asılı tutmanın yanı sıra platformlar arasında hareket ettirmeyi de başardı. Havada asılı duran parçacığı hareket ettirmek hassas bir denge gerektiriyor. Her biri ses dalgaları üreten platformlar satranç tahtası şeklinde bir araya getirildi ve yaydıkları ses dalgalarının frekansı değiştirilerek damlacığın akustik alan boyunca hareket etmesi sağlandı.

Farklı noktalardaki iki damlacığı hareket ettirerek üçüncü bir noktada bir araya getiren araştırmacılar bu yöntemle farklı uygulamalar da gerçekleştirdi. Örneğin çok net gözlemlenebilen kimyasal bir tepkime veren sodyum ve su, ses dalgalarıyla taşınarak bir araya getirildi. Katı ve sıvı parçacıklarını da ses dalgalarıyla hareket ettiren araştırmacılar, granül kahveyi havada asılı haldeyken su damlasında çözebildi.

Daha önce ses dalgalarını kullanarak çapı birkaç milimetreden büyük cisimleri hareket ettirmek mümkün olmamıştı. Bu yöntem sayesinde şu an sudan yaklaşık üç kat daha yoğun maddeler ses dalgaları üzerinde taşınabiliyor. Araştırmacılar bu sınırı yükseltmek için çalışıyor. Ayrıca ses dalgalarının yansıdığı yüzeyin şeklini değiştirerek gücü daha da artırmak ve böylece daha yoğun maddeleri hareket ettirmek mümkün olabilir.

Araştırmacılardan Chris Benmore cisimleri havada tutmak için ses dalgalarından faydalanan bu yöntemi, ilaç uygulamalarında kullanmak istiyor. Bu sayede kimyasal ilaç bileşenleri yüzeylerle temas nedeniyle oluşabilecek kirlilik riski olmadan bir araya getirilebilir. Bu yöntem ayrıca kendi kaplarına zarar verebilen, aşındırma gücü yüksek ya da zehirli kimyasal maddeler için de kullanışlı olabilir.

Kaynaklar:

• http://www.pnas.org/content/early/2013/07/10/1301860110
• http://www.pnas.org/content/suppl/2013/07/10/1301860110.DCSupplemental
• http://www.nature.com/news/sound-waves-levitate-and-move-objects-1.13384
• http://news.sciencemag.org/2013/07/momentous-shift-sonic-levitation
• http://www.ltnt.ethz.ch/research/transport/projects/foresti/DropletAtomizationWEB.mov