„Unsichtbares“ Rohr: Forscher leiten Flüssigkeit kontaktlos durch Ultraschall

Einem Wissenschaftsteam der University of Helsinki ist es in Kooperation mit der Public University of Navarre und der University of Michigan gelungen, einen dünnen Flüssigkeitsstrom und Feststoffe, wie etwa Pulver, mittels Ultraschall kontaktlos horizontal durch die Luft zu transportieren und in unterschiedliche Richtungen zu lenken. Der dazu entwickelte Prototyp besteht aus einem Rohrsegment, in dessen Wänden 256 kleine Lautsprecher eingearbeitet sind, die die Ultraschalwellen abgeben und in dem der Transport stattfindet.

Es gibt verschiedene Gründe, warum eine Flüssigkeit nicht durch Rohre, sondern kontaktlos transportiert werden sollte. Etwa dann, wenn die Flüssigkeit zähflüssig ist, was die Transportrohre verstopfen könnte. Ätzende Flüssigkeiten könnten die Rohre mit der Zeit beschädigen. Hinzu kommt, dass Flüssigkeiten durch den Transport durch ein Rohr kontaminiert werden können. Mitunter ist das aber bei sterilen Flüssigkeiten, etwa in der Medizin oder Pharmazie, nicht erwünscht.

Die Forscher der University of Helsinki haben daher einen Ansatz verfolgt, eine Art „unsichtbares“ Rohr zu entwickeln, mit dem Flüssigkeiten durch die Luft transportiert und gegebenenfalls zielgerichtet geleitet werden können, ohne dass dabei Kontakt zu einem anderen Material besteht.

Ultraschall bei 40 kHz formt „unsichtbares“ Rohr

Die Wissenschaftler benutzten für den Bau des Prototyps ein 8 cm langes Rohrsegment mit einem etwas größerem Durchmesser, wie aus der Studie „Contactless continuous guidance of matter in its main states using curved elongated Bessel-like acoustic fields“ hervorgeht, die in Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen ist (Link zur Studie derzeit gestört). In dem Rohrsegment sind rundherum 256 kleine Lautsprecher angebracht, die Ultraschallwellen bei einer Frequenz von 40 kHz emittieren. Das Rohrsegment hat eine Leistung von 50 Watt.

Die Flüssigkeit wird mittig am Anfang des Rohrsegments eingebracht. Die den Flüssigkeitsstrom umgebenden Ultraschallwellen halten die Flüssigkeit zusammen und an Position. Der Verlauf und die Form des „unsichtbaren“ Rohrs kann beliebig angepasst werden, indem die Forscher die Ansteuerung der Lautsprecher verändern. Der Ultraschall ist für Menschen in dem verwendeten Frequenzbereich nicht hörbar. Im Inneren des Prototyps erreicht der Ultraschall allerdings eine Intensität, die etwa mit einem Knall eines Schusses in Ohrnähe vergleichbar ist. Selbst in unmittelbarer Nähe des Gerätes sei für Menschen jedoch nichts zu hören, obwohl dort noch Intensitäten im Bereich eines startenden Düsenjets erreicht werden. Für Hunde, die diese Frequenz allerdings wahrnehmen, könnte es unangenehm sein.

Die Wissenschaftler können jedoch nicht nur Flüssigkeiten kontaktlos als Strahl leiten. Experimente haben ergeben, dass auch Pulver und Nebel damit gelenkt transportiert werden können; die Röhre kann demnach sogar elektrische Entladungen entlang gewünschter Strecken lenken. Dazu sei jedoch jeweils eine andere Feldkonfiguration des Ultraschallwellen-Arrays nötig. Das Rohrsegment könne außerdem mit weiteren Segmenten verlängert werden, um größere Distanzen zu überwinden. Die Technik ist für medizinische und pharmazeutische Anwendungen gedacht.