Ultraääniputki ohjaa ainetta halki ilman

Pieni nestevirta soljuu hiljaa vaakatasossa keskellä ilmaa, ikään kuin näkymättömässä putkessa. Mikään ei koske siihen. Noin viiden senttimetrin päässä virtaa ympäröi lieriö, jonka sisäpinta on täynnä satoja pieniä kaiuttimia, mutta mitään ei kuulu. Neste vain juoksee hiljakseen.

– Sanoisin, että kaikista näkemistäni koejärjestelyistä tämä on lähimpänä taikuutta, toteaa aineettoman putken kehittämistä johtanut Helsingin yliopiston elektroniikan professori Ari Salmi.

Kyse ei kuitenkaan ole taikuudesta vaan ultraäänestä, jonka tutkimuksella on Helsingin yliopiston elektroniikan laboratoriossa pitkät perinteet. Nestevirran pitävät paikallaan noin 40 kilohertsin ultraääniaallot, joita virtaa ympäröivät 256 pientä kaiutinta lähettävät.

Ultraääniputkella voisi siirtää esimerkiksi syövyttäviä tai tahmeita aineita, joiden kuljettaminen tavallisissa putkissa aiheuttaa ongelmia. Lisäksi se sopii erinomaisesti herkkien aineiden kuljettamiseen, koska kiinteiden seinämien puuttuessa aineet eivät voi kontaminoitua.

Putken suuntaa voi myös muuttaa lennossa, jos nestettä pitää esimerkiksi ohjata uuteen kohteeseen. Tarvittaessa nestettä voi annostella pisaran tarkkuudella.

– Kaiuttimien ohjausta muuttamalla voimme muokata ja kääntää putkea tarpeen mukaan, selittää hankkeen tutkimusryhmää johtanut tutkijatohtori Dmitrii Nikolaev.

– Esimerkiksi kiinteän aineen kuljettaminen vaatii erilaisen äänikentän kuin nesteen tai kaasun kuljettaminen.

Putkessa voi ohjata haluttua reittiä pitkin myös sähköpurkausta.

Idea syntyi iltakävelyllä

Professori Salmi sai idean ultraääniputkeen iltakävelyllä neljä vuotta sitten.

– Olimme kehittäneet laitetta, joka puhdisti putkien sisäpintoja ultraäänen avulla. Lounaalla kollegan kanssa puhuimme, että olisipa kätevää, jos putkessa ei olisi pintaa, johon lika voisi tarttua.

Ajatus jäi vaivaamaan Salmea, ja koiran kanssa kävellessään hän keksi muodostaa putken seinät ultraäänellä.

Tie ideasta toimivaksi prototyypiksi ei kuitenkaan ollut helppo. Helsingin yliopiston tutkimusryhmä joutui etsimään yrityksen ja erehdyksen kautta tapaa, jolla kaiuttimia ohjataan niin, että putki muodostuu. Työ tehtiin yhteistyössä Navarran julkisen yliopiston ja Michiganin yliopiston tutkijoiden kanssa.

Kahdeksan senttiä, 50 wattia

Nyt prototyyppi on valmis. Sen pituus on vain kahdeksan senttimetriä, mikä on vähemmän kuin laitteen halkaisija. Nikolaevin mukaan vastaavia moduuleita voisi kuitenkin liittää helposti peräkkäin. Näin putkesta voisi tehdä niin pitkän kuin tarvitaan.

Kahdeksan sentin putkenpätkä kuluttaa sähköä noin 50 watin teholla eli suunnilleen saman verran kuin vanhanaikainen hehkulamppu. Vaikka ihminen ei kuule putken tuottamaa ultraääntä, koirat eivät välttämättä pitäisi siitä.

– Laitteen ytimessä ultraäänen voimakkuus vastaa jatkuvaa tulitusta aivan korvan juuressa, Nikolaev kertoo.

– Tässä vieressäkin ääntä voisi verrata siihen, että seisoisi suihkumoottorin vieressä. Ihmiskorvalle se on kuitenkin liian korkea.

Artikkelin Contactless continuous guidance of matter in its main states using curved elongated Bessel-like acoustic fields julkaisee tiedelehti PNAS.

Ennen julkaisua artikkelin voi lukea Eurekalert-palvelusta osoitteesta https://www.eurekalert.org/tipsheet-item/view-document/157153

tai pyytää kopion Helsingin yliopiston viestinnästä osoitteesta juha.merimaa@helsinki.fi .

 https://www.eurekalert.org/tipsheet-item/view-document/157153