Strumień wody płynie poziomo w powietrzu. Nie spada, nie rozpryskuje się i niczego nie dotyka. Kilka centymetrów od niego stoi cylinder wyłożony od środka setkami małych głośników, ale w laboratorium panuje cisza. Rura, w której płynie woda, nie ma ścianek. Jej ściany zrobiono z ultradźwięków.
Takie stanowisko zbudował zespół z Laboratorium Badań Elektroniki Uniwersytetu Helsińskiego. Kierowali nim profesor Ari Salmi i Dmitrii Nikolaev, który robi tam staż podoktorski. Pomagali im badacze z Publicznego Uniwersytetu Nawarry w Hiszpanii i z Uniwersytetu Michigan. Pracę o tytule „Contactless continuous guidance of matter in its main states using curved elongated Bessel-like acoustic fields” opublikowało czasopismo PNAS. Uczelnia ogłosiła wynik 20 października 2026 roku. Rano 21 października numer DOI tej pracy nie był jeszcze widoczny w bazie Crossref, więc opieramy się na komunikacie uczelni i na wcześniejszym streszczeniu zespołu z kongresu akustycznego.
„Ze wszystkich układów doświadczalnych, jakie widziałem, ten jest najbliżej magii” – mówi Salmi. To dobry punkt wyjścia, bo cała ta historia zbudowana jest na paradoksie.
Paradoks: rura, która nie ma rury
Rura to ściany. Bez ścian nie ma czego nazwać rurą. Ściany prowadzą ciecz, ale też stawiają jej opór, zbierają osad, korodują i przenoszą zanieczyszczenia z jednej partii towaru do następnej. Każdy, kto czyścił syfon albo ekspres do kawy, zna to z kuchni. W fabryce leków albo w zakładzie produkującym chipy ten sam problem kosztuje znacznie więcej.
Z tej codziennej uciążliwości wziął się pomysł. Zespół Salmiego budował wcześniej urządzenie, które ultradźwiękami czyści rury od środka. Przy obiedzie z kolegą Salmi rzucił, że najwygodniejsza byłaby rura bez powierzchni, do której może przywrzeć brud. Myśl wróciła do niego cztery lata temu na wieczornym spacerze z psem. Skoro ultradźwięki potrafią zdzierać osad ze ścianek, to może same mogłyby być ścianką?
Paradoks znika, kiedy przestaniemy myśleć o ścianie jako o kawałku metalu. Ściana rury to w gruncie rzeczy granica, której strumień nie może przekroczyć. Taką granicę da się zbudować z ciśnienia.
Jak dźwięk może pchać
Dźwięk to fala ciśnienia. Zwykle myślimy o nim jak o czymś, co słyszymy, a nie jak o czymś, co pcha. Silna fala dźwiękowa wywiera jednak na przedmioty małą, ale stałą siłę. Fizycy nazywają ją siłą promieniowania akustycznego. Lekkie drobiny i kropelki przesuwają się wtedy tam, gdzie fala naciska na nie najsłabiej.
Na tym zjawisku opiera się lewitacja akustyczna. Od dziesięcioleci laboratoria zawieszają w powietrzu pojedyncze krople i kulki styropianu między głośnikiem a odbijającą płytą. W 2013 roku zespół Dimosa Poulikakosa z ETH w Zurychu pokazał w PNAS płytę z przetworników, która przesuwała po sobie krople i łączyła je ze sobą bez dotyku. W 2015 roku Asier Marzo z kolegami opisał w Nature Communications „hologramy akustyczne”, czyli takie sterowanie wieloma małymi głośnikami, żeby chwytały i obracały drobne przedmioty jak niewidzialne szczypce. Marzo pracuje dziś na Publicznym Uniwersytecie Nawarry i jest jednym ze współautorów pracy z Helsinek.
Wszystkie te techniki mają jednak wspólne ograniczenie. Zespół z Helsinek pisze wprost, że obecne metody bezdotykowego chwytania dźwiękiem radzą sobie z pojedynczymi cząstkami albo małymi grupami. Nie nadają się do przesyłania czegoś, co jest długie albo rozproszone, jak strumień gazu czy chmura mgły. Krople da się przenosić po jednej. Ciągłego strumienia nie dało się poprowadzić.
Fala, która się nie rozlewa
Kluczem okazał się szczególny kształt fali. Zwykła wiązka, czy to światła, czy dźwięku, rozlewa się na boki tym bardziej, im dalej leci. W 1987 roku Jim Durnin z Uniwersytetu w Rochester pokazał w Physical Review Letters wiązkę światła, która na długim odcinku prawie się nie rozszerza. Od nazwiska matematyka, którego funkcje opisują jej przekrój, nazywa się ją wiązką Bessela. Jej przekrój to jasny rdzeń otoczony pierścieniami, a cała struktura ciągnie się wzdłuż osi jak wydłużona nić.
Fiński zespół zbudował akustyczny odpowiednik takiej fali, i to w wersji, którą można wyginać. Cylinder otacza 256 małych przetworników ultradźwiękowych pracujących z częstotliwością około 40 kiloherców. To dwa razy wyżej, niż sięga ludzki słuch. Komputer ustala, kiedy dokładnie każdy z nich ma wysłać falę. Fale z wielu przetworników nakładają się w środku i tworzą wydłużone pole o kształcie kanału. W tym kanale ciśnienie układa się tak, że materia ma się trzymać osi i nie może z niej uciec na boki. Dlatego autorzy mówią o polach „podobnych do Bessela”, a nie o idealnych wiązkach z podręcznika.
Najważniejsze jest to, że kanał nie musi być prosty. Wystarczy zmienić sterowanie głośnikami, a rura skręca, zmienia kształt albo kieruje strumień do innego celu. Dzieje się to w trakcie pracy, bez zatrzymywania przepływu. Jak mówi Nikolaev, różne substancje wymagają różnych pól. Ciało stałe trzeba prowadzić inaczej niż ciecz albo gaz. Według streszczenia zespołu każdy tryb pola dobiera się do stanu skupienia i do wielkości cząstek, od mikrometrów do milimetrów.
Co już płynie przez rurę z dźwięku
W pracy zespół pokazuje, że przez rurę da się ciągle przesyłać wszystkie podstawowe stany skupienia. Na nagraniach z laboratorium płynie woda, sypie się proszek, wędruje mgła i przesuwa się gaz. Rura poprowadziła też wyładowanie elektryczne, czyli zjonizowany gaz, po wybranej drodze. Ciecz można dozować z dokładnością do jednej kropli.
Prototyp jest mały. Odcinek rury ma 8 centymetrów długości, czyli mniej niż średnica samego urządzenia. Pobiera około 50 watów, mniej więcej tyle, co dawna żarówka. Strumień płynie około 5 centymetrów od głośników. Nikolaev uważa, że takie moduły da się łatwo łączyć jeden za drugim i budować rurę o dowolnej długości. To na razie zapowiedź, a nie pokazany wynik.
Jest też druga strona ciszy w laboratorium. Człowiek tych ultradźwięków nie słyszy, ale to nie znaczy, że są słabe. „W środku urządzenia natężenie ultradźwięków przypomina nieprzerwaną kanonadę tuż przy uchu” – mówi Nikolaev. Według niego nawet obok urządzenia dźwięk byłby porównywalny z silnikiem odrzutowym, gdyby ucho mogło go usłyszeć. Psom, które słyszą wyższe tony niż ludzie, może się to nie spodobać.
Do czego może się przydać rura bez ścian
Zespół wymienia kilka zastosowań i wszystkie wynikają z jednej cechy. Skoro rura nie ma ścianek, nic nie może się do nich przykleić, nic ich nie przeżre i nic z nich nie przejdzie do przesyłanej substancji.
Pierwsza grupa to substancje żrące i lepkie, które w zwykłych rurach sprawiają kłopot. Stal i plastik niszczeją od kwasów, a lepkie masy zostawiają osad, który trzeba regularnie usuwać. Druga grupa to substancje delikatne i wrażliwe na zanieczyszczenia. W produkcji leków i w laboratoriach każda ścianka, z którą zetknie się odczynnik, jest potencjalnym źródłem obcych cząstek. Trzeba ją myć, sprawdzać i dokumentować to mycie.
Autorzy piszą też o laboratoriach bez naczyń, w których reakcje i pomiary prowadzi się na kroplach zawieszonych w powietrzu. Kolejny kierunek to druk 3D, w którym materiał można by kłaść na wydruku dokładnie tam, gdzie trzeba, bez dyszy, która się zatyka. Możliwość poprowadzenia wyładowania elektrycznego po wybranej drodze otwiera jeszcze inne, na razie mgliste pomysły, na przykład dostarczanie energii albo plazmy w ściśle określone miejsce.
Trzeba to jednak czytać ostrożnie. Prototyp ma 8 centymetrów i pokazuje, że zasada działa. Nie pokazuje, że rura z ultradźwięków przesyła tyle substancji, ile potrzebuje fabryka. Nie wiemy też, czy wygra z dobrą rurą ze szkła albo teflonu, które dziś radzą sobie z większością żrących cieczy.
Gdzie jest Polska
W Polsce działa wielu producentów leków, zwłaszcza generycznych, a także firmy, które budują automatykę dla laboratoriów i linii produkcyjnych. Dla nich najciekawsza jest nie sama rura, tylko dozowanie bez dotyku. Jeśli z czasem da się odmierzać krople odczynnika albo porcje proszku bez pipety i bez dyszy, to odpada mycie, wymiana jednorazowych końcówek i ryzyko, że coś zostanie z poprzedniej partii.
Na razie to raczej temat dla zespołów badawczych niż dla działów zakupów. Małe przetworniki 40 kHz, z jakich zbudowano prototyp, są tanie i łatwo dostępne, bo używa się ich choćby w prostych czujnikach odległości. Powtórzenie i rozwinięcie takiego układu nie wymaga więc wielkiego laboratorium. Ciekawszym pytaniem dla polskich firm jest to, czy uczelnia w Helsinkach chroni ten pomysł patentem i czy zechce go licencjonować. Komunikat uczelni nic na ten temat nie mówi.
Czego jeszcze nie wiemy
Po pierwsze nie znamy wydajności. Komunikat nie podaje, ile cieczy albo proszku przechodzi przez rurę w ciągu minuty. Przy przemysłowym transporcie właśnie ta liczba decyduje o wszystkim.
Po drugie nie wiemy, jak rura zachowuje się na dłuższym odcinku. Łączenie modułów jeden za drugim brzmi prosto, ale każde połączenie to miejsce, w którym pole może się zaburzyć, a strumień wypaść z kanału.
Po trzecie nie wiemy, jak strumień znosi przeciąg, drgania budynku i zmiany temperatury. Siła, którą dźwięk wywiera na materię, jest mała, więc mocniejszy podmuch może wygrać z niewidzialną ścianą. Rura poziomo trzyma wodę w powietrzu, ale nie wiadomo, jak długo i przy jakim zapasie.
Po czwarte zostaje bezpieczeństwo. Tak silne ultradźwięki w pobliżu ludzi i zwierząt wymagają osłon i norm. Ich ciepło i drgania mogą też wpływać na delikatne substancje, które rura miała chronić.
Po piąte rachunek energii. Pięćdziesiąt watów na osiem centymetrów to mało dla jednego stanowiska, ale dużo dla rury długiej na kilka metrów, która pracuje bez przerwy. Zwykła rura nie zużywa prądu wcale.
Fiński zespół pokazał jednak coś, czego dotąd nie było. Dźwięk przestał być tylko szczypcami do pojedynczych kropel i stał się kanałem, którym może płynąć ciągły strumień. Zwykła rura dalej będzie tańsza. Rura z ultradźwięków ma sens tam, gdzie kłopotem jest sama ścianka.
Bibliografia
- Nikolaev D. i in. Contactless continuous guidance of matter in its main states using curved elongated Bessel-like acoustic fields. Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2614959123 (w dniu publikacji tego tekstu DOI nie był jeszcze zarejestrowany w Crossref; link do strony wydawcy)
- Nikolaev D., Iablonskyi D., Martinez-Marchese A., Sirkka E., Aldea A., Okwudire C., Hæggström E., Marzo A., Salmi A. Contactless acoustic transport of matter in air using elongated Bessel-type fields. The Journal of the Acoustical Society of America 159 (4_Supplement), A313 (2026), streszczenie kongresowe. DOI: 10.1121/10.0045832
- Foresti D., Nabavi M., Klingauf M., Ferrari A., Poulikakos D. Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air. Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 12549–12554 (2013). DOI: 10.1073/pnas.1301860110
- Marzo A., Seah S. A., Drinkwater B. W., Sahoo D. R., Long B., Subramanian S. Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects. Nature Communications 6, 8661 (2015). DOI: 10.1038/ncomms9661
- Durnin J., Miceli J. J., Eberly J. H. Diffraction-free beams. Physical Review Letters 58, 1499–1501 (1987). DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.1499
- Merimaa J. / University of Helsinki. Ultrasound creates a tube that guides matter through the air (komunikat prasowy, 20.10.2026).
- TechXplore. Ultrasound creates a tube that guides matter through the air. TechXplore (20.10.2026).
Komentarze· 0
Brak komentarzy. Dodaj pierwszy.