Atrapan insectos con ondas ultrasónicas de alta intensidad

Para estudiar la percepción y el comportamiento de insectos sin causarles daño, Víctor Ulises Lev Contreras Loera, investigador del Instituto de Ciencias Físicas (ICF) de la UNAM, encabezó el desarrollo de una trampa acústica en la que moscas y abejas levitan mediante un entramado de ondas ultrasónicas de alta intensidad, imperceptibles tanto para el oído humano como para estos insectos.

En el Laboratorio de Óptica y Acústica del ICF, con sede en el campus Morelos de esta casa de estudios, el físico y sus colaboradores han desarrollado levitadores acústicos formados por dos estructuras enfrentadas que forman una cavidad, donde campos acústicos muy intensos y enfocados generan ondas estacionarias capaces de atrapar materiales diversos.

“En la naturaleza, cuando dos ondas se propagan en sentidos contrarios, se produce una onda acústica estacionaria, que aparenta que no se está propagando y cambia la amplitud de la presión en algunos puntos, pero en otros no cambia. Estos últimos se llaman nodos de presión, y en ellos se pueden atrapar objetos”, explicó el investigador.

Ese fenómeno se basa en la interferencia, propiedad esencial de las ondas que les permite sumarse o cancelarse entre sí. “La onda estacionaria surge de la interferencia donde las ondas se están propagando en direcciones opuestas en el aire. Nuestro trabajo aprovecha una condición física muy específica llamada resonancia, en la cual la amplitud de la onda es máxima”.

Para generar esa condición, los científicos utilizan arreglos de pequeñas bocinas que emiten ondas ultrasónicas. “Es importante tener el sistema construido de tal forma que esas ondas emitidas y reflejadas interfieran eficientemente. El dispositivo se ajusta de manera precisa para concentrar la mayor intensidad posible en el centro de la trampa, donde generalmente se atrapan los objetos”.

Aunque diversos laboratorios en el mundo han logrado atrapar objetos de geometrías simples, como esferas, el equipo del ICF desarrolló una estrategia para inmovilizar organismos vivos de formas más complejas.

“Atrapar un insecto vivo de forma estable es un reto por su geometría irregular. Para lograrlo jugamos tanto con la intensidad como con la fase de las ondas acústicas, generando una onda estacionaria más compleja capaz de atrapar objetos alargados sin que se desestabilicen o roten. Es una particularidad de nuestros desarrollos en el ICF”.

Durante los últimos seis años, Contreras Loera y sus colaboradores han trabajado en el diseño y perfeccionamiento de estos dispositivos, ampliando sus capacidades y aplicaciones potenciales.

Problema por resolver

Una aplicación concreta de este dispositivo llegó en 2022, cuando investigadores de la Universidad de Aix-Marsella, en Francia, contactaron a Contreras Loera para desarrollar un dispositivo que permitiera estudiar insectos vivos sin alterar su comportamiento natural ni causarles daño.

“Es una investigación multidisciplinaria en la que los investigadores franceses requerían sustituir los métodos de atado convencional que emplean ceras o adhesivos para inmovilizar a los insectos durante experimentos. La ventaja de emplear ultrasonido es que permite mantener al organismo suspendido sin contacto físico y sin interferir con las mediciones. Usar sonido dentro del rango audible resultaría impráctico debido a su intensidad, pues sería extremadamente molesto, comparable al generado por una turbina de avión”.

Los levitadores acústicos utilizan ondas que están muy por encima del rango audible de las personas y muchos seres vivos. “El rango de frecuencia que escuchamos lo llamamos sonido y está entre 20 hertz y 20 kilohertz. Empleamos frecuencias de 40 kilohertz para que el dispositivo no sea invasivo para los insectos que quedan atrapados o ‘atados’ acústicamente”.

Desde Cuernavaca, el equipo del ICF envió levitadores acústicos a Francia, y colaboró a distancia durante tres años en un proyecto con “moscas de las flores”, semejantes a las abejas, en las que estudian aspectos estadísticos y su caída libre. Este trabajo se publicó recientemente en Annals of the New York Academy of Sciences. (https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nyas.70281).

Los levitadores acústicos desarrollados en el ICF ya se utilizan, entre otras cosas, para estudiar contaminación en agua mediante gotas levitadas. “Esta herramienta puede aplicarse en investigaciones de otros campos. Podemos atrapar líquidos y cualquier objeto que tenga masa, de cualquier material, y de tamaño comparable a las ondas empleadas”, finalizó.