George Berkeley, un vescovo irlandese del settecento, è passato alla storia per il suo celebre dilemma: “Se un albero cade in una foresta e nessuno lo sente, fa rumore?“. Sembrerebbe una questione filosofica, ma la risposta, in realtà, è molto scientifica. No, non fa alcun rumore, perché il suono esiste solo nel momento in cui un sistema acustico lo percepisce.

Questo, tuttavia, non significa che non stia avvenendo una reazione fisica. Il rumore è solo la parte percepibile delle onde sonore, ovvero delle frequenze energetiche che perturbano lo spazio.

Tale energia è già sfruttata per compiere varie attività, che spaziano dalle ecografie alla saldatura dei metalli. Un’applicazione, in particolare, ha un fascino decisamente fantascientifico; presentata per la prima volta nel 2015, da un team di ricercatori delle università di Bristol e del Sussex, è un sistema che permette di sollevare e spostare oggetti tramite gli ultrasuoni.

La macchina è composta da una serie di micro casse, che producono frequenze di una certa intensità; queste fanno vibrare le molecole circostanti con un’energia così potente da creare una spinta in grado di vincere l’attrazione gravitazionale.

Il prototipo iniziale aveva una potenza modesta; riusciva a manipolare, infatti, oggetti grandi solo fino a quattro millimetri. Nel 2018, però, i ricercatori hanno felicemente annunciato di aver superato questa limitazione; grazie ad una migliore modulazione delle onde, il sistema è ora in grado di sollevare sfere nell’ordine dei centimetri. Può sembrare un miglioramento lieve, ma si tratta di un passaggio cruciale: in questo modo lo strumento è potenzialmente in grado di veicolare oggetti di importanza chirurgica e diagnostica; in futuro potrebbe, per esempio, guidare capsule di farmaci dirette contro i tumori, o rimuovere calcoli renali.

L’energia che costituisce il suono si propaga nello spazio in forma di onde; più le onde sono ravvicinate nel tempo, più la loro frequenza è alta. L’orecchio umano può percepire onde sonore di intensità compresa tra i 20 Hz (hertz) ed i 20 kHz. Tutte le frequenze maggiori costituiscono gli ultrasuoni, mentre le frequenze minori sono denominate infrasuoni.

Gli infrasuoni sono spesso generati da fenomeni più o meno comuni, come il vento, i versi di alcuni animali ed il traffico stradale. Terremoti ed eruzioni vulcaniche producono una grande quantità di infrasuoni, i quali vengono registrati tempestivamente dai sismografi e forniscono un valido preallarme. Si ritiene inoltre che, sebbene non siano percepibili consciamente, queste frequenze provochino un senso di nausea e abbassamento dell’umore nell’uomo.

Viceversa, gli ultrasuoni sono più difficili da produrre. Possono essere originati artificialmente da particolari materiali cristallini, detti piezoelettrici, che emettono rumore in seguito a compressione. Un materiale piezoelettrico è, per esempio, il quarzo.

In alternativa, si può ricorrere alla magnetostrizione: un nucleo ferromagnetico, se esposto ad un campo magnetico, vibra ad alte frequenze.

Generalmente le frequenze ultrasoniche sono usate per delineare oggetti in condizioni di scarsa o assente visibilità: un radar è in grado di emettere ultrasuoni e di ricaptarne l’eco, che si verifica quando l’onda sonora sbatte contro un ostacolo e torna indietro verso la fonte. In base all’eco, lo strumento ricostruisce la sagoma dell’ostacolo.

I ricercatori britannici, guidati da Asier Marzo, hanno lavorato essenzialmente sugli ultrasuoni a 40 kHz, che si comportano in questo caso come delle correnti d’aria: due fasci di onde ultrasoniche, aventi direzioni opposte, sono modulati per compiere delle traiettorie a vortice. I due vortici sono fatti intersecare, e nell’occhio del ciclone viene posto l’oggetto. Questo rimane quindi sospeso tra le due correnti, che lo bloccano nella posizione voluta. Si tratta di una cosiddetta “trappola acustica“, ed è attualmente in grado di mantenere in equilibrio una pallina di polistirolo del diametro di due centimetri. Oggetti più grandi tendono ad essere sbalzati fuori dal sistema, ma il problema non è insormontabile: variando i parametri dei vortici, è possibile adattarli a diverse dimensioni.

La trappola acustica è in grado di catturare solidi, ma anche liquidi, e potrebbe essere usata per maneggiare specifiche sostanze in condizioni di sterilità. Le applicazioni si preannunciano molteplici, c’è anche la possibilità che in futuro approdino al trasporto di esseri viventi.

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