人類「懸浮」新可能出現，這次是聲波渦旋！

「聲學牽引波束「的原理是利用聲波能量來將顆粒物懸浮在半空中。相比於磁懸浮技術，這一技術甚至可以懸浮更多種類的固體或液體。

來自英國布里斯託大學的工程師們首次展現了他們的新研究：在這種聲學「牽引波束」中，可以穩定地捕捉比聲波波長更大的物體。這一發現將開拓出藥物膠囊操縱或人體微型手術的新應用。令外，在較大的精密樣品運輸方面，我們或許不再需要過多的包裝也能完成安全穩定的運輸。而最令人興奮的是，這一技術或許可以讓人們「懸浮」的憧憬成為可能。

圖 | 聲波渦旋工作原理示意圖：通過相反方向的聲波渦旋的相互作用，粒子可以被穩定的捕獲並懸浮在渦旋中心，紅色和藍色線為示意出的反向聲波渦旋。

在這項研究之前，研究人員認為，聲學牽引波束僅局限於小物體的懸浮。這一結論的得出是因為研究者先前對懸浮比波長更大的粒子進行的諸多嘗試，而得到的結果是物體會不受控的旋轉，究其原因是由於旋轉的聲場將一些旋轉動量轉移到物體上，使它們轉速越來越快，最終被彈射了出去。

不過這次研究者發布的在 1 月 22 日《物理評論快報》上的新方法解決了他們先前的無法穩定懸浮「大尺寸物體「的難題。這一次，研究者創造了類似於龍捲風形的扭曲聲波結構，其外部發出的快速的擾動著的聲波場會圍繞著一個安靜平穩的內核旋進。

該研究發現，通過快速改變渦流的扭轉方向，可以精確控制粒子的旋轉速度，從而穩定住牽引波束。隨後，為了能夠懸浮更大尺寸的物體，研究者們試著儘可能的去增大內核的尺度。最終，研究者在 40 千赫茲的超聲波頻段成功的穩定一個近兩厘米的聚苯乙烯球（迄今為止該方法能懸浮的最大物體，接近聲波波長兩倍）。而研究表明，將來「聲音牽引波束」這種方法有可能懸浮更大的物體。

圖 | 1.6 厘米 (聲波波長的 1.88 倍) 的聚苯乙烯泡沫粒子被困在 40kHz 超聲波發生器的中心

文章的第一作者，布里斯託大學機械工程系的 Asier Marzo 博士表示，懸浮的小尺度限制，已經困擾了聲學研究者多年，而如今的方法非常令人滿意，成功的克服了小尺度問題，這將能打開許多新的應用大門。

圖 | 在一個普通的聖彼漩渦中的直徑為 2mm 聚苯乙烯泡沫塑料顆粒

開發了相關模擬的 Mihai Caleap 教授表示：「在未來，通過更大聲波能量，更大的物體將得以被懸浮。而使用較低頻率的聲音雖然可以使這個實驗變得可聽，但是這樣的聲音頻率對於人類本身是危險的。」

同時，參與這項工作的 Bruce Drinkwater 教授補充到，聲學牽引波束在許多應用中具有巨大的潛力。比如非接觸式生產線，在這種生產線上，一些精密的物件可以在不接觸的情況下完成組裝。

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