@ 2018.01.30 , 10:00

使我们飞起来的牵引声束将不再只是科幻情节

使我们飞起来的牵引声束将不再只是科幻情节
credit:123RF

布里斯托大学的工程师们将科幻小说中的情节搬到了现实世界之中,他们制造了世界上最强大的声波牵引装置,可以稳定地托起大于声音波长的物体。

换句话说,他们能够让很多体形庞大的物件悬浮起来,而之前我们只能利用超声波悬浮起相当微小的东西;从理论上,我们已经推开了利用超声波将人类悬浮起来的大门。

虽然可以利用磁场悬浮起物体,但声波悬浮往往能更好地处理液体和固体物质。

以前认为,声学牵引装置仅限于悬浮相对较小的物体,它们的线度规格应该与声音波长大致相同。

使我们飞起来的牵引声束将不再只是科幻情节
# 该动图来源于网络

事实上,科学家们一度认为在不失稳定性的情况下悬浮较大的物体在原则上就是根本不可能的任务,它们不可避免地会出现不可控地旋转。

本周在《物理评论快报》Physical Review Letters上发表的研究论文向我们描述了一种全新的技术手段,它利用了一种类似于龙卷风的结构,外围掀起有如狂风般的声浪漩涡,而在暴风眼-系统核心处,则极度安静。

研究人员发现,当他们改变构这个结构中快速波动的声涡旋的方向时,他们可以控制旋转的速度并稳定住牵引声波的波形态。

一旦声波形态稳定下来,团队可以增加“声音龙卷风”暴风眼处的静音区域的大小,这使得它可以容纳更大的物体。

使我们飞起来的牵引声束将不再只是科幻情节
声波漩涡和寂静内核,核心处用来放置需要托起的物体 演示图|credit:University of Bristol

论文的第一作者、布里斯托尔机械工程系的Asier Marzo说:“声学研究人员多年来一直因尺寸限制而感到沮丧,因此找到一种方法来克服这个问题是令人满意的。

悬浮起人类

在实验详细的演示中,工程师们使用了40kHz的超声波来组成声涡。寂静核心处能够容纳一个由聚合材料制成的直径两厘米的球体。

球体直径比波长大2倍以上,这也是迄今为止能够用牵引声波稳定悬浮起来的最大物体。

虽然它看起来有点像是魔术,但是工程师团队认为这种技术可以有很多实际的应用。

负责指导研究的机械工程系超声学教授Bruce Drinkwater表示,他对“非接触式生产线的构思感到特别兴奋,在这些非接触式生产线中,极度精巧的构件需要在不接触的情况下被组装起来”。

Marzo赞同这样一种观点:“我认为它打开了许多新技术的大门。”其中可能包括医疗设备的开发,如药物胶囊或微型手术器械。

参与建立实验模型的高级研究员Mihai Caleap补充说:“将来会有更强功率的声波装置,可以举起更大的对象,而之前大家普遍认为,用这种东西来牵引人类实在噪音太大和太过危险。”

当然,Caleap并不是说,他们的模型表明现有技术已经成熟到可以将我们人类安全地悬浮起来。

这项研究只是显示,高音频(远高于人类能够听到的音调)声波可以成功地用在声学牵引悬浮技术上,使远大于波长的物体稳定地悬浮起来。

更高的频率,更大的物体和更佳的稳定性,是我们一直以来的追求。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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