// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Ultraschallwellen bilden ein „Rohr“ für kontaktlosen Wassertransport
Zum Transport von Flüssigkeiten braucht es normalerweise Leitungen mit festen Wänden. Nun haben Forscher einen kontinuierlichen Wasserstrom mithilfe von Ultraschall frei durch die Luft geführt und seinen Weg während des Betriebs verändert. Die Technik könnte einmal beim Umgang mit empfindlichen oder klebrigen Stoffen helfen, doch der bisherige Prototyp ist nur acht Zentimeter lang.
Helsinki (Finnland). In herkömmlichen Rohrleitungen berührt das transportierte Material die Innenwand. Dort können sich zähe Stoffe ablagern, aggressive Flüssigkeiten die Oberfläche angreifen und empfindliche Proben durch Rückstände verunreinigt werden. Ein Transportweg ohne feste Wand könnte solche Probleme verringern.
Schallwellen können Kräfte auf Materie ausüben und so kleine Gegenstände in der Luft halten. Auch zähflüssige Tropfen wurden bereits mit Schall geformt. Einen ununterbrochenen Flüssigkeitsstrom zu führen, stellt jedoch andere Anforderungen als das Festhalten einzelner Tropfen.
Forscher der University of Helsinki (UH) um Dr. Dmitrii Nikolaev haben nun einen röhrenförmigen Kanal aus Ultraschall geschaffen. Ihre Anordnung führt fließendes Wasser durch die Luft, während sich die Richtung des Kanals elektronisch verändern lässt. Dafür setzt das Team 256 einzeln ansteuerbare Ultraschallsender ein.
Die Sender sitzen an der Innenseite einer zylindrischen Vorrichtung und liegen rund fünf Zentimeter vom Wasserstrom entfernt. Mit etwa 40 Kilohertz erzeugen sie überlagerte Schallwellen, deren Kräfte das Wasser in einer vorgegebenen Bahn halten. Dazu nutzt das Team langgezogene, gekrümmte Schallfelder, deren Struktur an sogenannte Bessel-Strahlen erinnert.
Durch eine abgestimmte Steuerung der einzelnen Sender ändert sich die Form dieses unsichtbaren Kanals, ohne dass ein neues Rohr eingebaut werden muss. Der Verlauf der Flüssigkeit kann deshalb auch während des Transports verändert werden. Nach Angaben der Forscher lässt sich die Flüssigkeit bei Bedarf sogar tropfenweise abgeben.
„Indem wir die Ansteuerung der Lautsprecher verändern, können wir den Kanal nach Bedarf umformen und abbiegen lassen“, erklärt Dr. Dmitrii Nikolaev.
Das Verfahren ist nach den veröffentlichten Versuchsbeschreibungen nicht auf Wasser beschränkt. Die Forscher berichten, dass sich auch Pulver, Nebel und Gase mit passend eingestellten Schallfeldern führen lassen. Zudem gelang es, den Weg einer elektrischen Entladung zu beeinflussen, ohne dafür eine feste Leitung als Führung zu verwenden.
„Um beispielsweise einen festen Stoff zu transportieren, braucht man eine andere Konfiguration des Schallfeldes als für eine Flüssigkeit oder ein Gas“, erklärt Dr. Dmitrii Nikolaev.
Diese Anpassung ist wichtig, weil sich ein zusammenhängender Flüssigkeitsstrom anders verhält als einzelne Körner oder ein Gas. Das Prinzip erweitert damit die akustische Handhabung einzelner Teilchen auf kontinuierliche oder räumlich verteilte Materialströme. Bislang handelt es sich dabei um experimentelle Demonstrationen unter kontrollierten Bedingungen.