瑞士的研究人员发现了一种利用声波在无序环境中操纵物体（如液体）的方法。这种新方法不像传统的光学和声学镊子那样捕捉物体，而是利用压力波来引导物体。

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的开发人员表示，这种方法可能对生物医学应用（如靶向给药）很有帮助。
光镊是由美国物理学家亚瑟·阿什金发明的，他因在光镊的发展中所起的作用而与另一人共同获得2018年诺贝尔物理学奖。
在这些设备中，高聚焦的激光束产生光力，在光束聚焦点附近保持和移动微米或纳米大小的物体，那里的电场梯度最高。它们的声学对应物的工作方式类似，利用超声波通过产生聚焦点和涡流来捕获和移动物体。
这两种技术都是生物研究和量子光学的强大工具。然而，为了使它们发挥最佳作用，必须严格控制物体移动的媒介。
EPFL工程学院波浪工程实验室负责人罗曼·弗勒里（Romain Fleury）解释说，新方法克服了这一限制，因为它不需要以相同的方式聚焦声波。
Fleury说:“我们没有形成一个漩涡来捕捉和操纵物体，而是在压力场中创造一个热点，反复地将元素推向目标位置，就像曲棍球棍推球一样。”
“我们称这种技术为波动量成形。”

变化幅度和相位

为了实现他们的方法，弗勒里和同事们使用位于装满水的水箱两端的扬声器阵列，以可听的频率产生声波。这些波浪的目标是一个漂浮在水面上的塑料乒乓球。通过改变声波的振幅和相位，研究人员能够改变到达球的波前。然后这些波与介质相互作用，使球运动。


声音原理:实验设置，扬声器和麦克风在水箱的两端和垂直散射物体在中心。（资料提供：美国地球物理研究所）
研究人员利用一组麦克风来监测球的运动，以探测散落在球上的声波。
在发送三个随机波前，测量了乒乓球稍微不同配置的散射矩阵后，研究人员有足够的信息推导出他们需要发送的声波前最优动量，以便随意转换或旋转乒乓球。然后，他们重复这个过程，让球穿过水箱，引导它绕过路上的障碍物。
Fleury告诉《物理世界》:“这项技术首次成功时，我们非常激动。”


有望用于非侵入性生物医学应用

虽然研究人员用水和一个乒乓球演示了他们的方法，弗勒里说，在更复杂、不受控制的环境中，这种方法也适用于非球形物体——包括一些存在于人体内的物体。这对非侵入性生物医学程序的研究（如向肿瘤细胞输送药物或使用微型机器人移动细胞）有很大帮助。
研究人员也在考虑增材制造的可能应用。例如，在将微粒固化成复杂部件之前，使用新的声学镊子方法以特定的模式排列微粒可能是可行的。
在《自然物理学》中详细介绍的这项研究中，弗勒里和他的同事们使用可听的声波来移动一个宏观的浮动物体。他们的下一个目标是将这项技术小型化，这样他们就可以在显微镜中实现这项技术，让微米大小的物体浸泡在液体中。他们已经获得瑞士国家科学基金会（SNSF）的资助，这也为未来的微型机器人和生物学应用奠定基础。
信息源于：physicsworld