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【物理学家|物理学家发明了一种只用声音就使物体悬浮的新方法】
一种新开发的利用声波悬浮和操纵微小物体的方法 ， 可能代表着这项技术向前又迈进了一大步 。
一组物理学家已经找到了如何使用声悬浮从反射表面拾取物体的方法 。尽管他们还不能很可靠地做到这一点 ， 但这一进步可以帮助释放仅使用声音操纵物理对象的全部潜力 。
生物医学工程、纳米技术和药物开发领域最需要这种“在不接触物体的情况下操纵物体”的技术 。 目前 ， 我们已经可以使用一种叫做“光镊”的技术来做到这一点 ， 它使用激光产生足够的辐射压力来悬浮和移动极小的粒子 。
而“声波镊子” —— 通过声波产生的压力用来移动粒子 —— 将有可能成为一种更强大的工具 。 它们可以被用来操纵更大范围和更大的尺寸（达到毫米级）的材料 。
然而 ， 尽管在20世纪80年代就被首次发现 ， 但仍有很大的局限性阻碍了“声波镊子”的广泛实际应用 。首先 ， 你需要一个由声波组成的可靠“陷阱” 。
上图：建议的半球阵列的规格 。 我们将阵列分成8个块 ， 并将阵列中每个块的一半换能器的极性反转 。
声学换能器的半球形阵列可用于创建声音陷阱 ， 但实时控制它们很棘手 ， 因为你需要创建恰到好处的声场来抬起物体并将其远离换能器 。 如果有一个反射声音的表面 ， 它会变得更加棘手 ， 因为这会使声场复杂化 。
日本东京都立大学的物理学家已经找到了如何构建一个半球形声学阵列的方法 ， 可以从反射表面抬起一个 3 毫米的聚苯乙烯球 。
他们在论文中写道：“我们提出了一种多通道半球形超声换能器阵列 ， 用于在带有反射的刚性平台上进行非接触拾取 。 每个通道的相位和振幅都使用声音再现方法进行优化 。 这只会在需要的位置产生一个声波陷阱 ， 因此可以在刚性平台上实现拾取 。 据我们所知 ， 这是第一次证明使用这种方法进行非接触式拾取的研究 。 ”
上图：新方法拾取的原理图 。
他们的技术依赖于将传感器阵列分割成块 ， 这比单独控制传感器更容易操作 。 然后 ， 他们使用反滤波器根据声波波形再现声音 。 这有助于优化每个换能器通道的相位和振幅 ， 以产生所需的声场 。
这个场可以移动 ， 当然 ， 它也可以围绕被困在其中的粒子移动 。 使用这种阵列 ， 研究人员能够从反射表面拾起他们的泡沫塑料 ， 但并不可靠 —— 有时球会从声压中散落 ， 而不是被困住 。
然而 ， 这项工作代表了一个进步 ， 因为从反射表面的非接触拾取 ， 从来没有人做过 。 这样做（即使目前并不可靠）也会告诉我们该如何前进 。
研究人员表示：“在未来的研究中 ， 对于非接触式拾取的实际应用 ， 所提出的方法的稳健性将得到改善 。 ”
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