声音镊子可以在没有身体接触的情况下拾取物体

日本东京——东京都立大学的研究人员开发了一种新技术，可以使用声波非接触式操纵小物体。他们使用半球形超声换能器阵列来产生 3D 声场，该声场稳定地捕获并从反射表面抬起一个小的聚苯乙烯球。尽管他们的技术采用了类似于生物学中的激光捕获的方法，但适用于更广泛的粒径和材料。在不接触物体的情况下移动物体的能力听起来很神奇，但在生物学和化学领域，被称为光学捕获的技术多年来一直帮助科学家利用光来移动微观物体。事实上，2018 年诺贝尔物理学奖的一半授予亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin，1922-2020 年）是为了表彰这项技术的卓越成就。但激光的使用并非没有缺点，尤其是对可移动物体的特性的限制。进入声学诱捕，这是一种使用声音而不是光波的替代方法。声波可以应用于更广泛的物体尺寸和材料，以至于可以成功操纵毫米级粒子。尽管它们的出现时间不及光学对应物，但声悬浮和操纵在实验室环境和其他环境中显示出非凡的前景。但需要克服的技术挑战很大。尤其是，要实时单独准确地控制大量超声换能器，并获得正确的声场来提升远离换能器本身的物体，尤其是反射声音的表面附近的物体并不容易。现在，东京都立大学的研究员 Shota Kondo 和副教授 Kan Okubo 提出了一种新方法，可以使用半球形换能器阵列将毫米大小的物体从反射表面上抬起。他们驱动阵列的方法不涉及单个元素的复杂寻址。相反，他们将阵列分成可管理的块，并使用逆滤波器找到最佳相位和幅度，以驱动它们在距换能器本身一定距离处形成单个陷阱。通过随着时间的推移调整它们驱动块的方式，它们可以改变目标场的位置并移动它们捕获的粒子。他们的发现得到了阵列产生的 3D 声场模拟的支持，当然，他们的聚苯乙烯球实验也证明了这一点（见视频）。尽管在保持粒子被捕获和稳定方面仍然存在挑战，但这项令人兴奋的新技术有望将声学捕获从科学好奇心转变为实验室和工业中的实用工具。免责声明：AAAS 和 EurekAlert!对发布到 EurekAlert! 的新闻稿的准确性概不负责！通过贡献机构或通过 EurekAlert 系统使用任何信息。