物理学家开发出一种仅使用声音悬浮物体的新方法

一种新开发的利用声波悬浮和操纵微小物体的方法可能代表着该技术向前迈出了一大步。

日本的工程师已经找到了如何利用声悬浮从反射表面拾取物体的方法。 尽管他们还不能可靠地做到这一点，但这一进步可以帮助释放仅使用声音来操纵物理物体的全部潜力。

生物医学工程、纳米技术和药物开发是在不接触物体的情况下操纵物体的一些领域，这些领域可能真正有用。 我们已经可以通过一种称为光镊，它使用激光产生足够的辐射压力来悬浮和移动极小的颗粒。

声学镊子- 声波产生的压力可用于移动粒子 - 有潜力成为更强大的工具。 它们可用于操纵更广泛的材料，并且尺寸更大（可达毫米级）。

然而，尽管在 20 世纪 80 年代首次被发现，重大限制阻碍了声学镊子的广泛实际应用。 首先，您需要一个由声波组成的可靠“陷阱”。

声学换能器的半球形阵列可用于创建声音陷阱，但实时控制它们很棘手，因为您需要创建正确的声场来举起物体并将其远离换能器。

如果有一个反射声音的表面，事情就会变得更加棘手，因为这会使声场变得复杂。

日本东京都立大学的工程师 Shota Kondo 和 Kan Okubo 已经找到了如何建造一个半球形声学阵列，可以从反射表面举起 3 毫米的聚苯乙烯球。

“我们提出了一种多通道半球形超声换能器阵列，用于在具有反射的刚性平台上进行非接触式拾取，”他们在论文中写道。

“使用声音再现方法优化每个通道的相位和幅度。这仅在所需位置创建声学陷阱，因此可以在刚性舞台上实现拾音。据我们所知，这是第一个研究展示使用这种方法的非接触式拾取。”

他们的技术依赖于将换能器阵列分成块，这比尝试单独控制换能器更易于管理。 然后，他们使用了一个逆滤波器根据声学波形再现声音。 这有助于优化每个换能器通道的相位和幅度，以产生所需的声场。

三维模拟显示了使用这些技术如何以及在何处生成场。

然后这个场可以四处移动，当然，它也会围绕捕获在其中的粒子移动。 使用这个阵列，研究人员能够从镜面拾取聚苯乙烯泡沫塑料，但并不可靠——有时球会因声压而分散，而不是被困住。

尽管如此，这项工作还是向前迈出了一步，因为以前从未进行过从反射表面进行非接触式拾取。 这样做——即使不可靠——向我们展示了如何前进。

“在以后的学习中，”研究人员写道，“该方法的鲁棒性将在非接触式拾取的实际应用中得到提高。”

该研究发表在日本应用物理学杂志。