不是魔法，看“声镊”如何隔空取物

研究人员通过驱动相位-振幅控制的半球形超声换能器阵列，创建了一个声场。

在不接触物体的情况下移动物体？你可能觉得这是在表演魔术。eurekalert.org网站当地时间7月24日报道，东京都立大学研究人员Shota Kondo和Kan Okubo领导的团队开发了一种新技术，利用声波完成了对小型物体的非接触性操作。他们用半球形的超声波换能器阵列产生了一个三维声场，稳定捕获了聚苯乙烯小球，并使其离开了反射表面。“声镊”技术听上去与生物学中的“光镊”技术很相似，但它对颗粒尺寸和材料类型的适应范围更广。

事实上，在生物和化学领域，科学家们多年来一直在采用光学捕获技术移动微观物体。然而，“光镊”技术并非无懈可击，它对可移动物体的特性非常挑剔。“声镊”是用声音替代光波的移物技术，它甚至能成功操控毫米级粒子的移动。尽管“声镊”技术的历史不如“光镊”久远，但它在多个领域显示出了非凡的应用前景。然而，“声镊”技术需要克服的技术挑战也是巨大的。其中，单独、精确地实时控制大量的超声波换能器阵列、获得正确的声场、使物体离开靠近能反射声音的表面，是最困难的技术要点。

Kondo等人利用半球形阵列攻克了技术难点。他们驱动阵列的方法不涉及单个元素的复杂寻址。相反，Kondo将阵列分割成易于控制的模块，并使用反滤波器来寻找最佳相位与振幅，进而驱动它们在一定距离内产生单个声波阱。通过微调模块，研究人员能够改变目标声场的位置，并移动其捕获的粒子。

研究人员表示，“声镊”技术目前在粒子捕获率和稳定性方面仍存在不足，但他们取得的进展有望推动新技术从实验室探索转向工业应用。

编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《日本应用物理学杂志》

期刊编号：0021-4922

原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/tmu-o072121.php

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