研究人員利用聲波移動(dòng)漂浮物體

EPFL 研究人員已成功利用聲波引導(dǎo)漂浮物體繞過(guò)水上障礙物。他們新穎的光學(xué)方法為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(如非侵入性靶向藥物輸送)帶來(lái)了巨大希望。

2018 年，亞瑟·阿什金因發(fā)明光鑷而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：光鑷是一種可用于操縱微觀粒子的激光束。雖然光鑷可用于許多生物應(yīng)用，但它需要極其受控的靜態(tài)條件才能正常工作。

“光鑷的工作原理是創(chuàng)建一個(gè)光‘熱點(diǎn)’來(lái)捕獲粒子，就像一個(gè)球落入一個(gè)洞中一樣。但如果附近有其他物體，這個(gè)洞就很難形成和移動(dòng)，”洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院工程學(xué)院波浪工程實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人羅曼·弗勒里 (Romain Fleury) 說(shuō)。

弗勒里和博士后研究員巴赫蒂亞爾·奧拉茲拜耶夫 (Bakhtiyar Orazbayev) 和馬蒂厄·馬萊雅克 (Matthieu Malléjac) 在過(guò)去四年中一直在嘗試?yán)寐暡ㄔ诓皇芸刂频膭?dòng)態(tài)環(huán)境中移動(dòng)物體。事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)的方法——波動(dòng)量塑造——完全不受物體環(huán)境甚至物理屬性的影響。所需的所有信息都是物體的位置，其余的都由聲波完成。

“在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們不是捕獲物體，而是輕輕地推動(dòng)它們，就像用曲棍球棒引導(dǎo)冰球一樣，”弗勒里解釋道。

該非常規(guī)方法已與法國(guó)波爾多大學(xué)、哈薩克斯坦納扎爾巴耶夫大學(xué)和奧地利維也納科技大學(xué)的研究人員合作在《自然物理學(xué)》雜志上發(fā)表。

如果聲波是弗勒里類(lèi)比中的曲棍球棒，那么像乒乓球這樣的漂浮物體就是冰球。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)中，球漂浮在一個(gè)大水箱的表面，它的位置被一個(gè)高架攝像機(jī)捕捉到。水箱兩端的揚(yáng)聲器陣列發(fā)出可聽(tīng)見(jiàn)的聲波，引導(dǎo)球沿著預(yù)定的路徑移動(dòng)，而第二個(gè)麥克風(fēng)陣列則“監(jiān)聽(tīng)”球從移動(dòng)的球上反彈時(shí)的反饋，稱(chēng)為散射矩陣。

該散射矩陣與相機(jī)的位置數(shù)據(jù)相結(jié)合，使研究人員能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算出聲波在推動(dòng)球沿其路徑傳播時(shí)的最佳動(dòng)量。

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