In der Schwebe: Levitator aus dem 3D-Drucker

 17. August 2017  Andreas Krämer  

Ein Forscherteam der University of Bristol hat einen Levitator entwickelt, der mit einem 3D-Drucker und einigen zusätzlichen Elektronikbauteilen leicht nachgebaut werden kann. In diesem Beitrag informieren wir Sie über die Einzelheiten des TinyLev Leviators.

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Ein Forscherteam der University of Bristol hat die Technik für einen akustischen Levitator so vereinfacht, dass ihn jeder mit einem 3D-Drucker und günstigen Elektronikbauteilen selbst nachbauen kann. Der akustische Levitator funktioniert einer Studie zur Folge mit Ultraschallwellen, der Styroporkügelchen, Wassertropfen und kleinere Gegenstände bis zu zwei Stunden in der Schwebe halten kann. Geeignet ist das Gerät für Schüler und Hobbyforscher.

Bestandteile des TinyLev Levitators
Die Komponenten des TinyLev Levitators. (Bild: © Asier Marzo / University of Bristol)

Zum Betrieb eines Levitators wurden bislang komplexe Geräte benötigt, die mit Hochspannung arbeiten, weshalb die Nutzung auf einige wenige Forschungslabore beschränkt war. Der Wissenschaftler Asier Marzo von der University of Bristol und sein Team haben mit dem „TinyLev“ jetzt einen „Do it yourself“-Levitator entwickelt, der von jedem interessierten Menschen nachgebaut werden kann. Das Gerüst wird mit einem 3D-Drucker hergestellt, als Recheneinheit dient ein Arduino-Mikrocontroller, es sind handelsübliche Abstandssensoren verbaut. Zum Betrieb ist keine Hochspannung erforderlich.

Die Ultraschall-Generatoren sind die wichtigsten Komponenten des „TinyLev“, die sich jeweils gegenüberliegen und das Wellenfeld erzeugen. In dem Wellenfeld aus Ultraschall schweben die Gegenstände. Im Normalfall wären dafür piezoelektrische Scheiben notwendig, die mit Sonotroden verbunden werden. Das Forscherteam verwendet stattdessen Ultraschall-Module aus dem Elektronikgeschäft, wie sie zum Beispiel in Abstandssensoren verbaut sind. Diese so genannten Transducer senden Ultraschallwellen mit 40 Kilohertz aus, daraus resultiert laut Marzo in einer Wellenlänge von 8,5 Millimeter. Mit dem Levitator können Objekte bis zu vier Millimeter Größe in die Schwebe gebracht werden.

Einbau der Ultraschall Transducer
In den Levitator werden pro Ring 36 Ultraschall Transducer eingesetzt. (Bild: © Asier Marzo / University of Bristol)

Je 36 Transducer befinden sich in drei konzentrischen Ringen in den konkaven Enden des Kunststoffgehäuses. Die spezielle Anordnung gewährleistet eine Fokussierung der Schallwellen in der Mitte des Levitators. Die Steuerung des „TinyLev“ übernimmt ein Arduino-Mikrocontroller. Wie die Forscher berichten, sei das Gerät einfach zu bedienen und funktioniere stabil. Einmal aktiviert, lassen sich Styroporkügelchen, Wassertropfen, Papier oder Schokostücke bis zu zwei Stunden in der Schwebe halten. Das Forscherteam konnte sogar eine Ameise in den Schwebezustand versetzen. Die Objekte können über die Steuerung der Ultraschallstärke nach oben oder unten bewegt werden.

TinyLev Levitator und schwebende Teile
Der aufgebaute Levitator und die vier verschiedenen schwebenden Teile. (Bild: © Asier Marzo / University of Bristol)

Im Vergleich zur Hightech-Version ist der „TinyLev“ gegenüber Temperaturveränderungen und hoher Luftempfindlichkeit quasi immun. Marzo zufolge habe die Arbeit seines Teams den akustischen Levitator sozusagen demokratisiert.

Vor zwei Jahren hatten die Forscher eine frühere Variante des Levitators entwickelt, den „Do it yourself“-Traktorstrahl. Die Baukosten für den „Do it yourself“-Traktorstrahl belaufen auf weniger als 100 Euro und es lassen sich Objekte von wenigen Millimeter Größe wie eine Fliege, biologische Proben oder ein Stück Kunststoff damit bewegen. Der Selbstbau-Traktorstrahl ist handlich wie ein Phaser aus Star Trek.

Der US-Flugzeughersteller Boeing hat im Februar 2016 ein Patent für eine Art Schwebeverfahren für 3D-Objekte eingereicht. Bei dem Verfahren schweben Objekte zwischen Magnetfeldern und werden schichtweise per 3D-Drucker gefertigt.

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