幾十年來,科學家們已能運用聲音的能量,讓昆蟲和魚等小型物品懸浮空中。最近,瑞士科學家已成功研發物體懸空移動的技術。他們表示,由於這項聲波懸浮(acoustic levitation )技術的突破,科學家將可應用此一卓越技術於許多領域中,包括製藥和電子製造業。 

據《華盛頓郵報》報導,該研究作者、瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)機械工程師波理卡可斯(Dimos Poulikakos)說,他主持的研究團隊進行了多次懸空實驗,如將DNA結合水滴或化學溶液,注入細胞中,甚至溶解極小量的即溶咖啡。他們也把木製牙籤懸空轉動,及進行前、後移動,這些都是前人未曾接觸 的研究範疇。

一般而言,聲波在物體表面施加壓力時,其所發揮的影響幾乎難以察覺,但如果振動的強度夠大,聲波即具有抵消物體重力的作用。

波理卡可斯說,他們利用約為160分貝的聲音強度,這比站在火箭發射位置附近的聲音還要大聲,足以使人耳膜破裂。然而,由於人類聽覺能察覺的頻率上限約為20,000赫茲(Hz),他們利用聲音的這項物理特性,亦即應用24,000赫茲頻率的聲波,相當於狗笛發出的高頻範圍,在沒有保護的條件下,依然能夠從事研究,不受噪音干擾。

報導說,他們設計的懸浮裝置外表與棋盤近似,其中每一方格有如一分錢大小,各自發出不同的聲波。此外,隔著極短的距離,於棋盤上方放置一塊大型且透明的塑膠板,作為反射聲波之用,如果聲波強度充足,物體可以懸空並在狹小的空間中移動。

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該校機械工程師、該論文主要作者佛雷斯帝(Daniele Foresti)說,實驗中最難克服的關鍵是,須細心探尋把物體從一方格移至另一方格的方法,而且不能損壞物體。

佛雷斯帝說,假使力量過猛,聲波會造成水滴爆開,而若向上推力不足,水滴會掉落,無法對抗重力。最終,他發現了成功的技巧:須「送出」物體的方格緩慢地降低聲音強度,並同時提高「接收」物體方格的聲音強度。

佛雷斯帝比喻說,一張裝有一排燈泡的桌子,每個燈泡都有個別的調控開關,仔細地將一個燈泡的亮度降低,同時增加隔壁燈泡的亮度,就可以穩定保持房間內光的亮度。經由這個概念的啟發,他應用電腦軟體調控方格所發射聲波的強度,科學家便能在遠方控制方格所發出的聲波,來回移動物體。

美國阿崗國家實驗室(Argonne National Laboratory)物理學家韋伯(Rick Weber )讚揚作者開發了「一種高度創新的方法」,大大增進了聲波懸浮技術的能力。

韋伯說,波理卡可斯這項超越不動懸浮的新技術,未來可應用於製藥業,科學家能將不同溶液懸空並相互混合,從而避免潛在的容器污染問題。

目前科學家們利用聲懸浮技術,只能移動小型且質輕的物體。波理卡可斯說,他將很快公佈新的研究結果,他的研究團隊可以移動更重、且質地更密集的物體,如鋼球。

這項研究結果發表於七月中旬出刊的《美國國家科學院學報》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

 

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