用声波隔空取物 日本又创造了一项黑科技

大纪元 2021-07-30 21:27+-

  日本东京都立大学(Tokyo Metropolitan University)的研究人员发明了一种技术,利用声波在不需要接触物体的情况下操控物体。

用声波隔空取物  日本又创造了一项黑科技

  这种技术和“光镊”技术类似,都是在不接触物体的情况下夹取和操控物体。区别在于光镊通过高度聚焦激光束产生力量移动微小物体,而这项新技术使用的是声波。

  光镊技术近年来在生物、化学和电子行业获得广泛应用,比如2018年诺贝尔物理奖的一半授予了已故物理学家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)对光镊技术所做的贡献。

  研究者表示,光镊存在它的局限性,对被操控物体的特性有一定要求,而声波镊子可操作对象的材料和体积的范围都更广。在这份研究进行的实验中,他们成功操控了只有毫米大小的聚苯乙烯小球。

  但是声波镊子技术相对光镊较新,还有不少技术障碍有待解决。比如,如果被操控的物体与声波传感器的距离较远,则难以精确控制。

  这份研究想出了一个新方法解决了这个问题。东京都立大学副教授大久保菅(Kan Okubo)介绍说,他们设计了一个由声波传感器组成的半球形阵列,以前的技术障碍在于无法对阵列内单个声波传感器进行实时的控制。

  他们绕开了这个难题,把这个阵列分成几个区块,使用一个逆滤波器(inverse filter)挑选最佳的相位和振幅,让它们在距离这些传感器一定距离的位置形成一个新的声波阱,利用这个声波阱去控制位于较远位置的被操作的物体。通过改变新形成的声波阱的位置,研究人员就能移动要操作的目标粒子。

  研究者表示,虽然这项技术还存在其它挑战,比如粒子维持被夹取状态的稳定性还有待改善,但是,这份研究获得的突破已经展示了声波镊子广阔的应用前景。研究人员相信它很快就能走出实验室,在很多行业发挥它的用处。

  这份研究6月2日发表于《日本应用物理学杂志》(Japanese Journal of Applied Physics)。