O aparelho capaz de fazer pequenas gotas de poliestireno flutuarem no ar, desenvolvido no laboratório do engenheiro Julio Adamowski na Escola Politécnica da USP, consiste basicamente em duas partes. Uma delas, de formato cilíndrico, é responsável pela emissão de ondas sonoras de alta frequência, inaudíveis para o ser humano. É o transdutor. A outra, o reflector, tem um formato côncavo e é posicionada abaixo da primeira para reflectir as ondas produzidas e assim produzir a levitação.
Equipamentos desse tipo não são novidade. Um dos primeiros levitadores acústicos foi descrito na literatura científica em 1933 por cientistas alemães. O princípio por trás da flutuação das partículas continua a ser semelhante para a maioria dos levitadores actuais e tem como base o fenómeno da ressonância.
Depois de emitidas, as ondas ricocheteiam diversas vezes entre o transdutor e o reflector. No caminho, interagem entre si e geram ressonância, criando uma onda com pontos de mínima (nós) e máxima pressão acústica. Essa onda é conhecida como estacionária porque os nós são pontos fixos, como se tivesse um formato de 8 com o nó no centro. Quando uma partícula é depositada nessa onda estacionária, a pressão produzida pelo som contrabalança a força da gravidade e faz com que ela fique suspensa no ar, assentada no nó de pressão da onda.
O problema é que para gerar a ressonância o transdutor e o reflector precisam de ficar separados uma distância bastante específica – o valor precisa de ser um múltiplo de meio comprimento de onda. Essa regulação torna difícil o transporte de partículas, pois qualquer movimento de uma das partes do equipamento interrompe a ressonância e, consequentemente, a levitação. A ideia dos pesquisadores, então, foi desenvolver um levitador não ressonante.
«Fizemos um transdutor com diâmetro pequeno», explica Marco Andrade, físico da USP e principal responsável pelo projecto, conduzido em colaboração com Adamowski e o engenheiro electricista Nicolás Pérez, da Universidade da República, no Uruguai, que passou um período na USP graças a um auxílio FAPESP. «Desse modo, somente uma pequena fracção das ondas é reflectida novamente por ele.» A inovação do dispositivo está no facto de que, com ele, bastam pouquíssimas reflexões entre transdutor e reflector para que uma onda estacionária seja formada.
Como a ressonância deixa de ser necessária, não há mais a obrigação de se fixar com precisão a distância entre as duas partes do equipamento. Na verdade, conforme eles se afastam ou se aproximam, o número de nós da onda estacionária muda, o que pode permitir a levitação de várias partículas ao mesmo tempo. Além disso, basta movimentar o refletor em relação ao transdutor para manipular essas partículas.
O mecanismo é mais elegante e eficaz em relação ao método ressonante, mas tem uma desvantagem. A pressão gerada pelas ondas sonoras é menor do que a gerada quando há ressonância, o que limita o peso das partículas que consegue levitar.
«Anteriormente, já havíamos construído um levitador ressonante capaz de levitar esferas de aço, que são cerca de 150 vezes mais densas do que o poliestireno», diz o pesquisador. «Por esse motivo, o nosso próximo passo é aperfeiçoar o novo dispositivo. Pretendemos desenvolver um levitador não ressonante capaz de levitar partículas mais pesadas, como gotas de líquidos e metais.»