可以同時懸浮並牽引多個粒子的全息聲學鑷子

聲懸浮——利用聲波產生的壓力懸浮微粒的技術——已經存在了很長時間。

但是現在西班牙和英國的研究人員取得了巨大的突破：他們製造的聲學懸浮設備，能夠同時懸浮並牽引移動多個粒子，且粒子的移動方向可以相互獨立。

潘普洛納納瓦拉公立大學的機械工程師Asier Marzo和英國布里斯托爾大學的Bruce Drinkwater共同完成了這一創舉。也是他們在2015年開發出了世界上第一台聲學牽引裝置。

新設備——這對搭檔稱其為「全息聲學鑷子」——除了可以鞏固發明人在業內的權威聲望之外，對於諸如製藥這樣的行業也具有非常大的應用價值——聲學懸浮可以實現對原材料的無容器處理。

聲學鑷子的實現完全基於全息光學鑷子(HOT)的原理，後者通過分離和聚焦激光而不是聲波來懸浮並操縱粒子。

然而，對某些材料和某些應用場合，我們無法使用激光，因為激光需要透明介質，且僅能夠操縱微米大小的顆粒。

全息聲學鑷子(HAT)可以填補這些應用空白，如體內生物醫學應用，或者操縱尺寸更大的顆粒。

HAT由兩組包含256個揚聲器的陣列組成，每個揚聲器直徑約1厘米，陣列之間有23厘米的間隔。它們的工作頻率為40千赫茲，遠高於人類的聽覺範圍，即64赫茲到23千赫茲(雖然它可能會讓狗和貓感到不舒服)。

音量足夠高時，會產生強大的聲壓；不同的揚聲器發出不同強度的聲波，複雜的聲波陣列可以懸浮起25個顆粒，改變某組聲波的物理特徵就可以牽引和操縱特定的顆粒。

該團隊展示了二維和三維空間中的聲波牽引技術，三維鑷子的效果簡直令人驚嘆。

研究人員使用直徑在1到3毫米之間的聚苯乙烯泡沫塑料球，執行一系列令人驚嘆的空中機動動作，例如組成3D二十面體，或者整體表現出像是被線繩串起來的運動效果！

「聲學鑷子具有各種各樣的可能應用，但我對這兩種尤其感興趣。使用大量懸浮顆粒形成不同的三維物體，如果說二維屏幕上最小的單位是像素，那未來的3D屏幕上就有所謂的體素，而我們的發明印證了這一可能。」Marzo對西班牙科學新聞周刊Agencia Sinc，「此外，還可以在微觀尺度上操縱3D細胞搭建出二維培養皿中無法存在的立體的生物學結構。」

就像是體檢時用到的超聲波成像技術，聲波可以穿透我們的身體而不會造成傷害，並且它們比激光更節能。這意味著該技術可以安全地在體外直接操縱體內的顆粒物質。

當然，現在還無法滿足臨床應用，目前他們還在努力完善操縱水中顆粒的技術細節。他們相信至多在一年內就可以達成這一目標。

該研究被發表在PNAS期刊上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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