研究人员利用声波移动漂浮物体

EPFL 研究人员已成功利用声波引导漂浮物体绕过水上障碍物。他们新颖的光学方法为生物医学应用(如非侵入性靶向药物输送)带来了巨大希望。

2018 年，亚瑟·阿什金因发明光镊而获得诺贝尔物理学奖：光镊是一种可用于操纵微观粒子的激光束。虽然光镊可用于许多生物应用，但它需要极其受控的静态条件才能正常工作。

“光镊的工作原理是创建一个光‘热点’来捕获粒子，就像一个球落入一个洞中一样。但如果附近有其他物体，这个洞就很难形成和移动，”洛桑联邦理工学院工程学院波浪工程实验室负责人罗曼·弗勒里 (Romain Fleury) 说。

弗勒里和博士后研究员巴赫蒂亚尔·奥拉兹拜耶夫 (Bakhtiyar Orazbayev) 和马蒂厄·马莱雅克 (Matthieu Malléjac) 在过去四年中一直在尝试利用声波在不受控制的动态环境中移动物体。事实上，该团队的方法——波动量塑造——完全不受物体环境甚至物理属性的影响。所需的所有信息都是物体的位置，其余的都由声波完成。

“在我们的实验中，我们不是捕获物体，而是轻轻地推动它们，就像用曲棍球棒引导冰球一样，”弗勒里解释道。

该非常规方法已与法国波尔多大学、哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学和奥地利维也纳科技大学的研究人员合作在《自然物理学》杂志上发表。

如果声波是弗勒里类比中的曲棍球棒，那么像乒乓球这样的漂浮物体就是冰球。在实验室的实验中，球漂浮在一个大水箱的表面，它的位置被一个高架摄像机捕捉到。水箱两端的扬声器阵列发出可听见的声波，引导球沿着预定的路径移动，而第二个麦克风阵列则“监听”球从移动的球上反弹时的反馈，称为散射矩阵。

该散射矩阵与相机的位置数据相结合，使研究人员能够实时计算出声波在推动球沿其路径传播时的最佳动量。

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