Físicos da USP desenvolvem sistema de levitação acústica para montar estruturas sem contato físico

Físicos da Universidade de São Paulo (USP), em colaboração com a Universidade Pública de Navarra, na Espanha, desenvolveram um sistema de levitação acústica capaz de suspender e movimentar objetos no ar sem qualquer contato físico. A tecnologia permite que peças sejam deslocadas lateralmente, para cima, para baixo e rotacionadas, possibilitando a montagem de pequenas estruturas tridimensionais.

O estudo, intitulado “LeviPrint: Contactless Fabrication using Full Acoustic Trapping of Elongated Parts”, foi apresentado na conferência da Association for Computing Machinery (ACM), em Vancouver, no Canadá, entre 7 e 11 de agosto de 2022. A pesquisa, liderada pelo professor do Instituto de Física da USP, Marco Aurélio Brizzotti Andrade, propõe a substituição do manuseio mecânico tradicional por ondas sonoras.

Funcionamento técnico e controle

O dispositivo opera por meio de um conjunto de alto-falantes conectados a uma placa controlada por computador. Esses componentes emitem ondas sonoras em uma frequência de 40 quilohertz (kHz), situando-se na faixa do ultrassom. Como o ouvido humano capta frequências entre 20 hertz (Hz) e 20 kHz, o sistema é completamente inaudível.

A vibração de 40 mil vezes por segundo de cada alto-falante cria a pressão necessária para manter os objetos flutuando. O controle individual de cada emissor permite ajustar a distribuição da pressão acústica em tempo real, garantindo a precisão no deslocamento e na rotação dos itens suspensos.

Processo de fabricação sem contato

Para validar a aplicação prática, o sistema de levitação foi integrado a um robô industrial. Os testes utilizaram objetos com dimensões ligeiramente menores que um palito de fósforo. A montagem das estruturas ocorreu da seguinte forma:

• Ondas sonoras posicionaram os objetos e gotas de cola sensíveis à luz ultravioleta no ar.
• Após o alinhamento preciso das peças e do adesivo, a aplicação de luz ultravioleta fixou a cola.
• O processo resultou na criação de estruturas com altura, largura e profundidade.

Aplicações industriais e perspectivas

Embora a levitação acústica já fosse conhecida, a pesquisa provou a viabilidade de utilizá-la na fabricação de novas estruturas. O objetivo é criar dispositivos que realizem a função de robôs de montagem, mas sem o risco de danificar componentes frágeis, como microdispositivos eletrônicos.

Além da montagem mecânica, a tecnologia possibilita a realização de microrreações químicas, ao movimentar e unir gotas de substâncias distintas no ar.

O projeto é classificado como pesquisa básica, focada na prova de conceito. O próximo passo técnico é a redução da oscilação dos objetos durante a flutuação. A estimativa é que a implementação desses equipamentos em escala industrial ocorra em um período de pelo menos dez anos.