Una forma de levitación sorprendente
Un nuevo tipo de levitación magnética puede crear tecnologías nunca vistas
Este nuevo método ha sorprendido a los investigadores por su sencillez. Es más fácil de aplicar que otros sistemas de levitación y puede dar lugar a tecnologías nunca vistas hasta ahora
La levitación magnética es lo que hace que algunos trenes puedan desplazarse flotando en el aire y puedan llegar a alcanzar velocidades de 1.000 km/h. También tiene otras aplicaciones industriales: se usa para la maquinaria que funciona a alta velocidad o para crear aleaciones metálicas más puras gracias a su capacidad de fundir los materiales sin contacto. Ahora, un equipo de investigadores ha conseguido crear un nuevo y asombroso tipo de levitación magnética que es más sencilla de producir que las actuales y que abre un panorama completamente nuevo para esta tecnología.
Los humanos llevamos desde la época de los romanos fascinados con la idea de poder suspender en el aire objetos tan grandes como estatuas usando la tecnología. Los años han pasado y nuestros científicos han conseguido entender las propiedades de los imanes, llegando a desarrollar distintas maneras de convertir ese sueño casi mitológico de la levitación en una realidad.
La estabilización magnética activa es una de las formas más comunes de levitación magnética que se emplean hoy en día. Este tipo de tecnologías cuenta con un sistema de control que proporciona la fuerza magnética necesaria para mantener el objeto levitando en equilibrio, de manera similar a como hacemos cuando intentamos equilibrar un lápiz sobre nuestro dedo.
También se usa la suspensión electro-dinámica, que es la que utilizan los trenes flotantes. En este caso un imán en movimiento induce una corriente sobre un conductor que se mantiene estacionario y produce una fuerza repulsiva que aumenta con la velocidad del imán en movimiento.
Otra de las técnicas más usadas es la levitación estabilizada por giro, que se consigue cuando el imán que levita gira a unas 500 revoluciones por minuto (rpm) y permanece estable gracias a la fuerza que consigue en el propio giro (efecto giroscópico).
Cómo funciona la nueva levitación magnética
La nueva técnica fue creada por primera vez en 2021 por el ingeniero electrónico turco Hamdi Ucar y ha sido desarrollada recientemente por investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca.
Para conseguir la levitación los investigadores han tomado dos imanes. El primero lo han llamado rotor y es una esfera hecha de neodimio-hierro-boro que va montada sobre un motor. El rotor gira a una velocidad de 10.000 rpm y sus polos norte y sur están orientados perpendicularmente a su eje de rotación.
El segundo imán, denominado flotador, se coloca por encima del anterior. La influencia del rotor hace que el flotador gire automáticamente a la misma frecuencia, a 10.000 rpm. Además de hacer levitar al flotador, las fuerzas magnéticas consiguen su estabilidad, evitando que se gire lateralmente y que pierda el eje de rotación horizontal.
Los investigadores probaron primero el sistema utilizando imanes de neodimio comerciales, pegamento y herramientas eléctricas como las que tenemos todos en casa. Pero también realizaron experimentos más rigurosos en el que utilizaron equipos de grabación y software de seguimiento del movimiento para medir con precisión los resultados. Sus conclusiones están condensadas en un artículo publicado recientemente en la revista científica Physical Review Applied.
"Es sorprendente que la levitación magnética se desarrolle en un sistema tan relativamente sencillo", afirma Rasmus Bjørk, físico de la Universidad Técnica de Dinamarca y líder del equipo que ha realizado el estudio.
Una tecnología sorprendente
La estabilidad que se obtiene entre los dos imanes al aplicar esta técnica sorprendió enormemente a los investigadores. El flotador acaba tomando una orientación vertical, alineando el eje polar con el de rotación y dejando los imanes casi perpendiculares entre sí. Esta configuración sería normalmente inestable y haría que los imanes se repelieran y giraran para volver a estar ‘cómodos’, pero en este caso no sucede así y se mantienen en equilibrio.
Los investigadores utilizaron simulaciones por ordenador para ver las interacciones entre los dos imanes y descubrieron que el nuevo tipo de levitación parece estar causado por una combinación del efecto giroscópico y el acoplamiento magnetostático dipolo-dipolo.
"Es intuitivo para todos que la fuerza magnetostática que un imán ejerce sobre otro puede ser tanto atractiva como repulsiva", explica para Physics World, Frederik Laust Durhus, doctorando del departamento de Björk y coautor del estudio. "Sin rotación, el imán libre girará, por lo que la fuerza se vuelve puramente atractiva y entonces los imanes chocarán entre sí. Lo que hace tan especial al nuevo sistema de levitación magnética es que la propia rotación permite que el flotador permanezca en una configuración contraintuitiva, casi perpendicular al campo del rotor, donde la fuerza magnetostática lo atrae y repele a la vez".
El equipo asegura que aún es pronto para predecir todas las posibles aplicaciones prácticas de esta nueva levitación magnética. Además de la manipulación de objetos sin contacto que se puede aplicar en la producción industrial y en la robótica, hay “otras posibilidades dependerán de hasta qué punto se pueda ampliar o reducir la escala del fenómeno y de lo bajo que sea el coste energético", afirma Durhuus. "Esto requerirá más investigación".