一種新的“拖拉機(jī)梁”可以僅使用聲音將空間中的大型物體懸浮。

到目前為止，研究人員已經(jīng)漂浮了直徑達(dá)0.6英寸(16毫米)的球體，并使用聲波龍卷風(fēng)將球體移動(dòng)到桌面上0.8英寸(2厘米)。從理論上講，200個(gè)揚(yáng)聲器由200個(gè)揚(yáng)聲器組成的旋渦可以容納直徑大到31英寸(80厘米)的物體。

研究報(bào)告的共同作者，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)工程學(xué)高級(jí)研究員Mihai Caleap說：“這對(duì)聲學(xué)來說是新的。”

分裂力和動(dòng)量

懸浮具有聲音的物體并不新鮮，但物體的大小長(zhǎng)期受到限制：懸浮的物體不能大于支撐它的聲波的波長(zhǎng)。即使在來自單一聲波源聲學(xué)渦旋的最強(qiáng)懸浮源之一中也是如此。想象一下風(fēng)中的龍卷風(fēng)，其中心有一個(gè)安靜的地方; 可以用聲波形成相同的漏斗形狀。Caleap告訴Live Science，問題在于波浪將一些旋轉(zhuǎn)力傳遞到坐在安靜地點(diǎn)的物體上。

“你將動(dòng)量傳遞給物體，因此物體旋轉(zhuǎn)，”他解釋道。旋轉(zhuǎn)會(huì)使物體變得不穩(wěn)定，以至于它可能會(huì)從聲音漩渦的中心射出，這個(gè)問題會(huì)隨著物體越大而變得越來越明顯。

Caleap和他的團(tuán)隊(duì)通過找到一種方法來解決這個(gè)問題，該方法控制將物體與旋轉(zhuǎn)力(稱為動(dòng)量的軌道角度)分開保持在適當(dāng)位置的聲力。為此，他們?cè)谀鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)之間快速地來回切換聲音渦旋。而不是龍卷風(fēng)，動(dòng)作更像是一個(gè)超快的洗衣機(jī)籃子(如果洗衣機(jī)籃子是由聲音制成的)。

研究人員說，快速切換運(yùn)動(dòng)意味著即使在動(dòng)量的軌道角度發(fā)生變化時(shí)，聲力也會(huì)保持穩(wěn)定。取代動(dòng)量的軌道角度限制了可以懸浮的物體的大小，唯一的限制是可以泵入聲波的功率量。

藥物輸送和非接觸式組裝

為了制造聲波，Caleap和他的團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)單源，圓形的傳感器或揚(yáng)聲器陣列，產(chǎn)生的超聲波頻率太高，無法檢測(cè)人耳。他們制造的最大陣列總共有192個(gè)傳感器，可以捕獲直徑達(dá)0.6英寸(1.5厘米)的顆粒。

Caleap說，一個(gè)2米乘2米的40,000個(gè)傳感器陣列可以懸浮近一米(近39英寸)的物體，但是，就目前來說，這是理論上的。他說，聲懸浮的主要應(yīng)用可能小于大。Caleap說，一種可能性是聲波可以在體內(nèi)傳播，在腎結(jié)石周圍移動(dòng)或?qū)⑺幬锬z囊引導(dǎo)到正確的位置。

“聲學(xué)拖拉機(jī)梁在許多應(yīng)用中具有巨大的潛力，”布里斯托大學(xué)超聲學(xué)教授Bruce Drinkwater 在一份聲明中表示。“我對(duì)非接觸式生產(chǎn)線的想法感到特別興奮，因?yàn)榫芪矬w的組裝不會(huì)碰到它們。”