日本科学家开发“声学镊子” 只用声波就能“搬运”小球

2021年07月26日 11:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,声波使微小物体悬浮起来的想法似乎是未来的,但我们已经看到了许多有趣的方法。日本的科学家们现在又增加了一种方法,首次展示了如何将从坚硬的表面上获取小聚苯乙烯球,这可能使这项实验技术更接近实际用途。

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近年来,科学家已经研究了各种类型的 “声学镊子”系统,它们使用精心引导的声波使水滴、实验室培养的软骨悬浮起来,甚至利用 "声学牵引束 "来举起相对较大的物体。所有的工作都是通过使用一个换能器将声波向下发送到一个凹面反射器,该反射器将声波向上反弹,并使它们在中间相遇,形成一种新型的、具有足够压力的波,将小物体固定在原地。

东京都会大学的科学家们试图通过开发一个声学镊子系统在该领域取得新的突破,该系统可以从反射声音的刚性舞台上拾起一个物体,在这种情况下是一块木板。这样做涉及到开发一个新颖的半球形超声换能器阵列,并克服与准确实时控制不同声波有关的技术障碍,以便使小物体悬浮在平台表面之上。

为了解决这个复杂的问题,该团队将其半球形换能器阵列分为八个区块,并将每个区块中一半的极性逆转。从每个区块发出的声波的相位和振幅被单独优化,使系统能够在一个非常具体的位置产生一个声学“陷阱”,可以通过改变单个区块的行为来改变这个位置。

这一点通过一系列模拟得到了证明,然后通过实验,用阵列来升起和悬浮一个直径仅有3毫米(0.11英寸)的聚苯乙烯球在木板上。

这项技术并不完美,球并不是每次都能升起,有时还会散开,但科学家们希望在他们努力实现该技术的实际用途时,能够在这方面有所改进。在任何情况下,这是“使用多通道控制的半球形超声波换能器阵列在刚性平台上以非接触方式获取粒子”的首次演示,研究人员在他们的论文中写道。

这篇论文发表在《日本应用物理学杂志》上。

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