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一種新開發的利用聲波懸浮和操縱微小物體的方法，可能代表著這項技術向前又邁進了一大步。

一組

物理學家

已經找到了如何使用聲懸浮從反射表面拾取物體的方法。 儘管他們還不能很可靠地做到這一點，但這一進步可以幫助釋放僅使用聲音操縱物理物件的全部潛力。

生物醫學工程、奈米技術和藥物開發領域最需要這種“在不接觸物體的情況下操縱物體”的技術。目前，我們已經可以使用一種叫做“光鑷”的技術來做到這一點，它使用鐳射產生足夠的輻射壓力來懸浮和移動極小的粒子。

而“聲波鑷子” —— 透過聲波產生的壓力用來移動粒子 —— 將有可能成為一種更強大的工具。它們可以被用來操縱更大範圍和更大的尺寸（達到毫米級）的材料。

然而，儘管在20世紀80年代就被首次發現，但仍有很大的侷限性阻礙了“聲波鑷子”的廣泛實際應用。 首先，你需要一個由聲波組成的可靠“陷阱”。

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上圖：建議的半球陣列的規格。我們將陣列分成8個塊，並將陣列中每個塊的一半換能器的極性反轉。

聲學換能器的半球形陣列可用於建立聲音陷阱，但實時控制它們很棘手，因為你需要建立恰到好處的聲場來抬起物體並將其遠離換能器。如果有一個反射聲音的表面，它會變得更加棘手，因為這會使聲場複雜化。

日本東京都立大學的物理學家已經找到了如何構建一個半球形聲學陣列的方法，可以從反射表面抬起一個 3 毫米的聚苯乙烯球。

他們在論文中寫道：“我們提出了一種多通道半球形超聲換能器陣列，用於在帶有反射的剛性平臺上進行非接觸拾取。每個通道的相位和振幅都使用聲音再現方法進行最佳化。這隻會在需要的位置產生一個聲波陷阱，因此可以在剛性平臺上實現拾取。據我們所知，這是第一次證明使用這種方法進行非接觸式拾取的研究。”

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上圖：新方法拾取的原理圖。

他們的技術依賴於將感測器陣列分割成塊，這比單獨控制感測器更容易操作。然後，他們使用反濾波器根據聲波波形再現聲音。這有助於最佳化每個換能器通道的相位和振幅，以產生所需的聲場。

這個場可以移動，當然，它也可以圍繞被困在其中的粒子移動。使用這種陣列，研究人員能夠從反射表面拾起他們的泡沫塑膠，但並不可靠 —— 有時球會從聲壓中散落，而不是被困住。

然而，這項工作代表了一個進步，因為從反射表面的非接觸拾取，從來沒有人做過。這樣做（即使目前並不可靠）也會告訴我們該如何前進。

研究人員表示：“在未來的研究中，對於非接觸式拾取的實際應用，所提出的方法的穩健性將得到改善。”

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