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科学家制造了一种声音“牵引光束”，可以将物体移动到近半米外
超声波系统在露天中从一侧悬浮并引导微小物体。
来源:ZME科学一颗微小的聚苯乙烯珠悬挂在半空中，距离超声波发射器方形阵列上方近 40 厘米。没有电线固定它。没有磁铁；这并不重要，因为该物体是由塑料制成的。它周围没有其他东西。豆子是悬浮的。
它能够抵抗重力，因为无形的声束将它向上推，引导它穿过空间。它并不完全是《星际迷航》传说中的牵引光束——该系统主要向上推动而不是将物体卷向自身——但给我留下了深刻的印象。
日本筑波大学和布里斯托大学的研究人员展示了相控阵产生的单个超声波束高压核心内的第一个稳定的三维声悬浮。他们的设备距离声源最远可达 397 毫米，大约是使用相同硬件测试的传统单面声学陷阱的六倍。迄今为止，声波陷阱是用于在不使用磁性的情况下悬浮物体的主要技术。
悬浮方程
科学家之前已经用声音使小物体悬浮起来。这并不是什么新鲜事。声音带有动量，足够强烈的波可以对物质施加微小的力。但传统的声悬浮器通常会在相对的发射器或表面之间产生驻波。该物体沉入高压区域之间的稳定袋中。
效果很好，但这意味着设备必须包围该对象。即使是以前的单面系统也能有效地产生小型声学陷阱，其抓力会随着距离的增加而迅速减弱。
“当你拥有传统的声学悬浮器时，来自相反方向的声波会稳定设备内的物体，”布里斯托尔超声波学教授布鲁斯·德林克沃特 (Bruce Drinkwater) 在一份声明中说。
“过去开发单面悬浮器的尝试一直很困难，因为随着物体远离源头，将物体保持在适当位置的力会变弱。”
该团队通过零阶贝塞尔光束克服了这一限制，这是一种特殊的光束，可以在相对较长的距离内保持狭窄、强烈的中心区域，而不是快速向外扩散。
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40 kHz 超声波换能器（频率太高，人类无法听到）的 16 x 16 阵列产生了光束。如果形状正确，声音会施加一个向上的力，与重力相反，同时将粒子推向光束的中心。
研究人员设法以每秒约 5.7 厘米的速度横向移动粒子，以每秒约 4.3 厘米的速度垂直移动粒子。他们同时悬浮了两个颗粒，以及非球形物体，包括干茶叶、一块二氧化硅气凝胶和一盘马铃薯淀粉。
光束甚至可以在遇到障碍物后重新形成。在一项实验中，研究人员在其路径中放置了一个 50 毫米的立方体，并仍然在其上方悬浮了一个粒子，这种效应与贝塞尔光束在部分被阻挡后重建其中心结构的能力有关。然而，物体却在垂直方向上波动。
声音应用
这项研究是在人们对使用声音作为物理上使物体移动的方式越来越感兴趣的背景下进行的。
例如，2026 年 8 月早些时候，洛桑联邦理工学院 (EPFL) 研究人员制造了由声音驱动的微型机器人。它们某些部件的形状将声能转化为空气射流，使一架重 150 微克的微型飞行器能够在没有机载电机或电子设备的情况下升起。
与此同时，声悬浮研究人员已经尝试了非接触化学、体积显示器甚至 3D 打印。吸引力很简单：声场可以像机械手一样工作，但实际上从未接触过其有效载荷。
“由于我们的技术能够在开放环境中进行远距离、非接触式操作，因此我们预计这种方法可用于自动化实验、三维显示、处理易碎材料和有害物质，”筑波大学的 Tatsuki Fushimi 在一份声明中表示。
研究人员已经知道如何让声音将物质固定在空气中。现在，他们可以从更远的地方做到这一点，而无需围绕他们想要移动的物体建造一台复杂的机器。
该研究发表在《物理评论快报》杂志上。