Levitação ultrassónica e as suas aplicações industriais

A levitação ultrassónica / acústica é uma opção comprovada na indústria para a sustentação sem contacto de materiais leves e sensíveis, bem como para o manuseamento de amostras sem contacto. Saiba mais sobre a levitação ultrassónica e as suas aplicações na indústria e na ciência!

Aplicações da levitação ultrassónica

A levitação acústica é um método cientificamente comprovado e adotado pela indústria para o manuseamento de materiais e o posicionamento de amostras sem contacto. A levitação ultrassónica, enquanto método de manuseamento sem contacto, é utilizada para manipular peças frágeis e com superfícies sensíveis, por exemplo, lâminas de semicondutores, microchips ou placas de vidro finas, sem impacto mecânico. Graças ao manuseamento de materiais e amostras sem contacto, a levitação ultrassónica tem sido implementada em aplicações industriais, científicas e analíticas.
Na indústria, a levitação ultrassónica é utilizada como método fiável para o processamento sem contacto e sem recipientes de microchips e outros objetos pequenos e delicados, suscetíveis a danos mesmo com um ligeiro contacto físico. Outro campo de aplicação é o manuseamento de materiais de pureza muito elevada ou de reagentes químicos que seriam influenciados por um recipiente.

Em química, as gotículas suspensas podem servir como recipientes de reação em miniatura, permitindo aos investigadores combinar reagentes e observar reações, reduzindo simultaneamente a contaminação proveniente das paredes dos recipientes.
Os cientistas de materiais utilizam amostras em levitação para investigar a evaporação, a cristalização e a formação de partículas, enquanto os investigadores na área da análise podem examinar amostras suspensas com técnicas óticas e espectroscópicas.
Os sistemas especializados de manuseamento acústico também permitem transportar componentes frágeis, incluindo lâminas de silício, microchips e vidro fino, com menor risco de danos mecânicos.
Para os robôs líquidos com uma armadura de partículas (PBs), a levitação acústica oferece uma via de investigação promissora: transportar reagentes encapsulados, juntar gotículas para reações controladas e transferir robôs entre estações de processamento, minimizando o contacto com as superfícies circundantes. Saiba mais sobre a levitação acústica de robôs líquidos com uma armadura de partículas!
 

Princípio de funcionamento da levitação ultrassónica

A levitação acústica descreve a aplicação de ondas ultrassónicas a um fluido, geralmente um gás (por exemplo, ar). Quando a onda ultrassónica se propaga através do gás, a onda sonora contrabalança a força da gravidade – fazendo com que os objetos possam pairar no ar sem apoio. Este efeito de um objeto a flutuar livremente numa onda sonora requer o fenómeno de uma onda estacionária. Uma onda estacionária forma-se quando duas ondas idênticas provenientes de direções opostas se sobrepõem. Por conseguinte, numa configuração de levitação acústica, utiliza-se um transdutor ultrassónico para criar ondas de pressão longitudinais e um refletor do outro lado reflete as ondas, de modo que as ondas idênticas provenientes de ambos os lados se possam sobrepor e formar uma onda estacionária.

Nós e ventres: A onda de pressão longitudinal de ultrassons intensos permite pairar no ar sem contacto. Estas ondas ultrassónicas estacionárias têm nós definidos. Um nó é a região de pressão mínima, enquanto um ventre é definido como a região de pressão máxima. Os nós de uma onda estacionária desempenham um papel central na levitação acústica.
Os levitadores ultrassónicos funcionam através do posicionamento do campo de ondas estacionárias sobre uma sonda ultrassónica (isto é, um sonotrodo) e da utilização de um refletor.

Equipamento de levitação ultrassónica

A Hielscher Ultrasonics tem uma longa e vasta experiência na conceção, no fabrico e na distribuição de equipamento ultrassónico de elevada qualidade e desempenho. Para a levitação acústica, a Hielscher oferece dois tipos padrão de levitadores:
 

• UP100H – um levitador de 30kHz, 100 W
• UP400ST – um levitador de 24kHz, 400W
• UIP500hdT – um levitador de 20kHz, 500W

O processador ultrassónico UP400St é um sistema compacto em que o transdutor e o gerador estão integrados numa caixa robusta. O potente levitador UIP500hdT, de 500 watts, dispõe de um transdutor e de um gerador separados. Com o seu transdutor com grau de proteção IP64, o UIP500hdT é ideal para instalação em ambientes exigentes.
Os levitadores ultrassónicos podem ser instalados como uma unidade única ou em paralelo e podem funcionar em linhas de processamento de alta velocidade e elevada capacidade de processamento.
Para requisitos específicos, a Hielscher Ultrasonics também concebe e fabrica levitadores personalizados e exclusivos.

Bibliografia / Referências

• Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
• Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
• Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
• Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.