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Akustisches Hologramm: Frei schweben auf reinem Schall

Forscher lassen Objekte in der Luft stehen - eingebettet in nichts als ein Hologramm aus Ultraschall. Auch ein Mini-Traktorstrahl lässt sich mit der Technik realisieren.
Ultraschalllevitator mit grafisch angedeutetem HologrammLaden...

Bereits seit Jahren können Forscher kleine Gegenstände mit Hilfe von Schallwellen in der Luft halten, drehen oder im Raum verschieben. Allerdings waren dafür bislang immer zwei Schallquellen notwendig: Nur wenn sich das Objekt genau zwischen den beiden Lautsprechern befand, funktionierte es. Nun jedoch hat ein Team um Asier Marzo von der Universidad de Navarra im spanischen Pamplona ein Verfahren entwickelt, bei dem der Schall nur aus einer Richtung zu kommen braucht.

Sie verwenden dazu eine zweidimensionale Anordnung von Ultraschalllautsprechern, einen so genannten Phased-Array-Lautsprecher. Durch geschicktes Überlagern von Schallfrequenzen erzeugen sie oberhalb dieser Lautsprecherplatte ein komplexes, dreidimensionales Muster – eine Art Hologramm, wie die Forscher erläutern. Es enthält Stellen mit hohem und niedrigem Schalldruck, in denen die ein bis zwei Millimeter großen Styropor-Kügelchen ohne weiteres Zutun hängen bleiben. Je nachdem wie die Muster ausgeformt sind, lassen sich ein oder mehrere Objekte einfangen oder sogar manipulieren.

© Asier Marzo, Bruce Drinkwater, Sriram Subramanian
Schweben auf Schall
Die Forscher demonstrieren, wie ihr Gerät kleine Kunststoffkugeln frei in der Luft schweben lassen kann.

Das Gerät funktioniert auch auf dem Kopf stehend und kann dadurch nach Art eines Traktorstrahls kleine Gegenstände an sich heranziehen. Laut Marzo und Kollegen stünde einer Verwendung stärkerer Lautsprecher nichts entgegen, womöglich bringen sie demnächst also auch Objekte jenseits des Millimetermaßstabs zum Schweben. Das Verfahren eigne sich, wie schon existierende akustische Levitatoren oder die optischen Pinzetten, die mit Licht arbeiten, für den Einsatz im Labor, zum Beispiel um Körperzellen berührungsfrei zu untersuchen.

Insbesondere jedoch hofft das Team um Marzo auf eine Anwendung in der Medizin. Da das Gerät kein Gegenstück benötigt, könnten auch Vorgänge im menschlichen Körper von außen gesteuert werden – zum Beispiel könnten Arzt oder Ärztin eine wirkstoffgefüllte Mikrokapsel an ihr Ziel lotsen. Dabei würde man sich die aus der Diagnostik bekannte Fähigkeit des Ultraschalls, tief ins Gewebe einzudringen, zu Nutze machen.

43/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 43/2015

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