Traktorstrahl: Ultraschall lässt kleine Kugel schweben

Kein Raumschiff, aber immerhin eine Erbse: Diese können englische Forscher bewegen, ohne sie zu berühren. Das System funktioniert mit Ultraschall.

Artikel veröffentlicht am 29. Oktober 2015, 17:48 Uhr, Werner Pluta

Aufbau für den Traktorstrahl: drei verschiedene akustische Hologramme (Bild: Asier Marzo, Bruce Drinkwater, Sriram Subramanian/Universität Bristol)

Lass die Perle schweben: Forscher der Universität Bristol in England haben einen Traktorstrahl entwickelt, mit dem sie ein Objekt schweben lassen und bewegen können. Ein möglicher Einsatzbereich ist die Medizin.

Die Forscher um Bruce Drinkwater nutzen eine Anordnung aus 64 Lautsprechern, die Ultraschallwellen aussenden. Ein spezieller Algorithmus berechnet die Interferenzmuster, die nötig sind, um ein Objekt schweben zu lassen. Akustische Hologramme nennen die Forscher diese dreidimensionalen Kraftfelder aus starken Ultraschallwellen.

Die Kugel steckt im Käfig

Drei dieser Kraftfelder haben die Forscher geschaffen. Das erste heißt Flasche oder Käfig. Darin wird das Objekt gefangen und schwebt über der Lautsprechermatrix. Ausprobiert hat das Team um Drinkwater das mit einer etwa erbsengroßen Kugel. Das Kraftfeld hält die Kugel dabei nicht nur über den Lautsprechern in der Schwebe. Das funktioniert auch, wenn sie den Versuchsaufbau umdrehen: Dann hängt die Kugel unter den Lautsprechern.

Die Kugel kann aber nicht nur festgehalten werden: Wenn der Algorithmus die Phasen verändert, verändert sich auch das Wellenmuster, und das Objekt bewegt sich. Es kann angehoben und abgesenkt werden. Es kann aber auch zur Seite bewegt werden. Diese Variante heißt Pinzette. Das dritte akustische Hologramm ist der Strudel. Darin rotiert die Kugel. "Wir alle wissen, dass Schallwellen einen physischen Effekt haben. Wir haben es geschafft, den Schall in einer nie dagewesenen Art und Weise zu kontrollieren", sagt Drinkwater.

Der schottische Traktorstrahl braucht viele Lautsprecher

Der Traktorstrahl basiert auf der Arbeit schottischer Forscher aus dem Jahr 2014. Deren Traktorsystem benötigte jedoch viele Schallquellen, die um das zu bewegende Objekt herum angeordnet waren.

Das System der Forscher aus Bristol hat nicht nur einen einfacheren Aufbau. Es ermöglicht auch eine bessere Kontrolle über das Objekt. Anwendungen für diese Technik gibt es viele: Dazu gehöre beispielsweise, Objekte zu manipulieren. Außerdem könnten auf diese Weise Mikromaschinen von außen durch den menschlichen Körper bewegt werden, wo sie Arzneimittel ganz gezielt abliefern könnten, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Communications.