声波镊子可以在没有任何物理接触的情况下用声波拾取物体

摘要声波

半球形超声波换能器阵列可以将物体从反射表面剥离。

东京城市大学的研究人员开发了一种新技术,可以利用声波对小物体进行非接触操作。他们使用半球形的超声波换能器阵列来产生一个三维声场,稳定地捕获并从反射表面升起一个小聚苯乙烯球。尽管他们的技术采用了一种类似于生物学中的激光捕获的方法,适用于更大范围的颗粒尺寸和材料。yabo124

在不接触物体的情况下移动物体的能力可能听起来很神奇,但在生物和化学领域,被称为光学捕获的技术多年来一直在帮助科学家利用光移动微观物体。yabovip2021yabo124事实上,2018年诺贝尔物理学奖的一半授予阿瑟·阿什金(1922-2020年),是对这一技术的卓越成就的认可。但是激光的使用并不是没有缺点,特别是对可移动物体的特性的限制。


一个具有相位和振幅控制的半球形超声换能器阵列被驱动,以创建一个声场,该声场可以捕获并使聚苯乙烯球离开反射表面。资料来源:东京城市大学

输入声被困,一种使用声音而不是光波。声波可以应用于更大范围的物体大小和材料,以至于成功的操作是可能的毫米份粒子。尽管声学悬浮和操纵技术的存在时间不如光学技术长,但它们在实验室和其他领域都显示出了非凡的前景。但需要克服的技术挑战是巨大的。特别是,单独精确地实时控制大量的超声波换能器阵列,并获得正确的声场使物体远离换能器本身,特别是靠近反射声音的表面,是不容易的。

现在,来自东京城市大学的Shota Kondo研究员和副教授Kan Okubo提出了一种新方法,利用半球形传感器阵列将毫米大小的物体从反射表面上提出来。他们驱动阵列的方法涉及单个元素的复杂寻址。相反,他们将数组分割成可管理的块并使用逆滤波器找到最好的相位和振幅来驱动它们在距离传感器一定距离处形成一个陷阱。随着时间的推移,通过调整它们如何驱动这些块,它们可以改变目标场的位置,并移动它们捕获的粒子。他们的发现得到了由阵列产生的三维声场模拟的支持,当然,也得到了他们用聚苯乙烯球做的实验的支持,这些实验不言自明(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在将声捕获从科学的好奇变成实验室和工业中的实用工具方面取得重大进展。

参考文献:“使用多通道可控超声换能器阵列的非接触式拾取的半空中声学镊子”,Shota Kondo和Kan Okubo, 2021年6月2日,日本应用物理学报
1347 - 4065 . DOI: 10.35848 / / abfebd

1评论“声波镊子可以在没有任何物理接触的情况下用声波拾取物体”

  1. 很确定声波被认为是物理的。本文《。

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