瑞士声波技术新突破 物体悬浮不是梦

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【大纪元2013年07月21日讯】(大纪元记者王明编译报导)几十年来,科学家们已能运用声音的能量,让昆虫和鱼等小型物品悬浮空中。最近,瑞士科学家已成功研发物体悬空移动的技术。他们表示,由于这项声波悬浮(acoustic levitation )技术的突破,科学家将可应用此一卓越技术于许多领域中,包括制药和电子制造业。

据《华盛顿邮报》报导,该研究作者、瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)机械工程师波理卡可斯(Dimos Poulikakos)说,他主持的研究团队进行了多次悬空实验,如将DNA结合水滴或化学溶液,注入细胞中,甚至溶解极小量的即溶咖啡。他们也把木制牙签悬空转动,及进行前、后移动,这些都是前人未曾接触 的研究范畴。。

一般而言,声波在物体表面施加压力时,其所发挥的影响几乎难以察觉,但如果振动的强度够大,声波即具有抵消物体重力的作用。

波理卡可斯说,他们利用约为160分贝的声音强度,这比站在火箭发射位置附近的声音还要大声,足以使人耳膜破裂。然而,由于人类听觉能察觉的频率上限约为20,000赫兹(Hz),他们利用声音的这项物理特性,亦即应用24,000赫兹频率的声波,相当于狗笛发出的高频范围,在没有保护的条件下,依然能够从事研究,不受噪音干扰。

报导说,他们设计的悬浮装置外表与棋盘近似,其中每一方格有如一分钱大小,各自发出不同的声波。此外,隔着极短的距离,于棋盘上方放置一块大型且透明的塑胶板,作为反射声波之用,如果声波强度充足,物体可以悬空并在狭小的空间中移动。

该校机械工程师、该论文主要作者佛雷斯帝(Daniele Foresti)说,实验中最难克服的关键是,须细心探寻把物体从一方格移至另一方格的方法,而且不能损坏物体。

佛雷斯帝说,假使力量过猛,声波会造成水滴爆开,而若向上推力不足,水滴会掉落,无法对抗重力。最终,他发现了成功的技巧:须“送出”物体的方格缓慢地降低声音强度,并同时提高“接收”物体方格的声音强度。

佛雷斯帝比喻说,一张装有一排灯泡的桌子,每个灯泡都有个别的调控开关,仔细地将一个灯泡的亮度降低,同时增加隔壁灯泡的亮度,就可以稳定保持房间内光的亮度。经由这个概念的启发,他应用电脑软体调控方格所发射声波的强度,科学家便能在远方控制方格所发出的声波,来回移动物体。

美国阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)物理学家韦伯(Rick Weber )赞扬作者开发了“一种高度创新的方法”,大大增进了声波悬浮技术的能力。

韦伯说,波理卡可斯这项超越不动悬浮的新技术,未来可应用于制药业,科学家能将不同溶液悬空并相互混合,从而避免潜在的容器污染问题。

目前科学家们利用声悬浮技术,只能移动小型且质轻的物体。波理卡可斯说,他将很快
公布新的研究结果,他的研究团队可以移动更重、且质地更密集的物体,如钢球。

这项研究结果发表于七月中旬出刊的《美国国家科学院学报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

(责任编辑:张东光)

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