人類“懸浮”新可能出現(xiàn)，這次是聲波渦旋

“聲學(xué)牽引波束“的原理是利用聲波能量來(lái)將顆粒物懸浮在半空中。相比于磁懸浮技術(shù)，這一技術(shù)甚至可以懸浮更多種類的固體或液體。

來(lái)自英國(guó)布里斯托大學(xué)的工程師們首次展現(xiàn)了他們的新研究：在這種聲學(xué)“牽引波束”中，可以穩(wěn)定地捕捉比聲波波長(zhǎng)更大的物體。這一發(fā)現(xiàn)將開(kāi)拓出藥物膠囊操縱或人體微型手術(shù)的新應(yīng)用。令外，在較大的精密樣品運(yùn)輸方面，我們或許不再需要過(guò)多的包裝也能完成安全穩(wěn)定的運(yùn)輸。而最令人興奮的是，這一技術(shù)或許可以讓人們“懸浮”的憧憬成為可能。

不過(guò)這次研究者發(fā)布的在2018年1 月 22 日《物理評(píng)論快報(bào)》上的新方法解決了他們先前的無(wú)法穩(wěn)定懸浮“大尺寸物體“的難題。這一次，研究者創(chuàng)造了類似于龍卷風(fēng)形的扭曲聲波結(jié)構(gòu)，其外部發(fā)出的快速的擾動(dòng)著的聲波場(chǎng)會(huì)圍繞著一個(gè)安靜平穩(wěn)的內(nèi)核旋進(jìn)。

聲波渦旋工作原理示意圖：通過(guò)相反方向的聲波渦旋的相互作用，粒子可以被穩(wěn)定的捕獲并懸浮在渦旋中心，紅色和藍(lán)色線為示意出的反向聲波渦旋

該研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)快速改變渦流的扭轉(zhuǎn)方向，可以精確控制粒子的旋轉(zhuǎn)速度，從而穩(wěn)定住牽引波束。隨后，為了能夠懸浮更大尺寸的物體，研究者們?cè)囍M可能的去增大內(nèi)核的尺度。最終，研究者在 40 千赫茲的超聲波頻段成功的穩(wěn)定一個(gè)近兩厘米的聚苯乙烯球（迄今為止該方法能懸浮的最大物體，接近聲波波長(zhǎng)兩倍）。而研究表明，將來(lái)“聲音牽引波束”這種方法有可能懸浮更大的物體。

文章的第一作者，布里斯托大學(xué)機(jī)械工程系的阿西爾·馬佐博士表示，懸浮的小尺度限制，已經(jīng)困擾了聲學(xué)研究者多年，而如今的方法非常令人滿意，成功的克服了小尺度問(wèn)題，這將能打開(kāi)許多新的應(yīng)用大門。

在一個(gè)普通的圣彼漩渦中的直徑為 2毫米聚苯乙烯泡沫塑料顆粒

開(kāi)發(fā)了相關(guān)模擬的米哈·卡利普教授表示：“在未來(lái)，通過(guò)更大聲波能量，更大的物體將得以被懸浮。而使用較低頻率的聲音雖然可以使這個(gè)實(shí)驗(yàn)變得可聽(tīng)，但是這樣的聲音頻率對(duì)于人類本身是危險(xiǎn)的。”

同時(shí)，參與這項(xiàng)工作的布魯斯·德林克沃特教授補(bǔ)充到，聲學(xué)牽引波束在許多應(yīng)用中具有巨大的潛力。比如非接觸式生產(chǎn)線，在這種生產(chǎn)線上，一些精密的物件可以在不接觸的情況下完成組裝。（摘自美《深科技》（編輯/華生）