Kleinere Objekte können mit Hilfe von elektrischen Ladungen, magnetischer Anziehung oder Laserstrahlen gezielt bewegt werden, ohne sie direkt zu berühren. Nun gelang auch dieses Kunststück mit Schallwellen: Eine Gruppe von Physikern brachte damit an den Objekten haftende kleine Luftbläschen zum Schwingen und brachte die Objekte dadurch in die gewünschte Position. Wie in der Fachzeitschrift Physical Review Letters berichtet, könnte dieses Phänomen in Produktionssystemen oder in der Robotik entwickelt und genutzt werden.
Der Druck von Schallwellen ist seit einigen Jahren in der Lage, kleine Plastikkügelchen oder Bakterien durch eine Flüssigkeit zu führen. Aber für größere Objekte sind die wirkenden Kräfte zu klein. Athanasios Athanassiadis und Kollegen vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart lösten dieses Problem mit einem neuen 0,3-Millimeter-Experiment. Eine der Scheiben legten die Forscher mit der Wannenseite nach unten auf den Boden einer kleinen, mit Wasser gefüllten Petrischale. Auch die zweite Scheibe legten sie mit dem Trog nach unten auf die Wasseroberfläche. Es gab auch eine kleine Luftblase in jeder der Vertiefungen.
Anschließend brachten die Forscher die Luftbläschen mit Schallwellen mit einer Frequenz von 3300 Hertz zum Schwingen. Dadurch schwankte auch der Luftdruck innerhalb der Luftblasen. Dadurch bilden sich zwischen den gegenüberliegenden Luftblasen Anziehungskräfte, die sogenannten Bjerknes-Kräfte. Sie ermöglichen einen schnellen Wiederausgleich der Druckunterschiede. „Diese Gravitationskräfte können genutzt werden, um wenige Zentimeter große Objekte zu bewegen“, sagt Athanassiadis.
Tatsächlich war es möglich, die Scheiben gezielt zu bewegen: In ein bis zwei Sekunden bewegte sich die leere schwimmende Scheibe direkt über der zweiten Scheibe auf den Boden und hielt genau darüber. In einem zweiten Experiment ordneten die Forscher die Hohlräume und damit die Luftblasen asymmetrisch an. Wieder kroch die schwebende Scheibe über die Scheibe zu Boden. Doch dieses Mal blieb er nicht in einer Position, sondern drehte sich aufgrund der unregelmäßig auf das Bodenblech einwirkenden Anziehungskräfte um.
„Wir waren sehr überrascht von der Wirkung der Luftblasen“, sagt Athanassiadis. Er ist überzeugt, dass dieser Effekt sehr vielversprechend für neue Anwendungen in der Mikrorobotik und in Produktionsprozessen ist. In weiteren Experimenten wollen die Forscher sehen, welchen Effekt die Anordnung der Luftblasen und ihre Größe haben könnten. Sie fokussieren sich auch auf kleinere Objekte, um diese mithilfe der Anziehungskräfte zwischen den Luftbläschen kontrolliert zu ordnen.