拖拉机光束悬浮大型球体的声音

一种新的“拖拉机梁”可以仅使用声音将空间中的大型物体悬浮。

到目前为止，研究人员已经漂浮了直径达0.6英寸(16毫米)的球体，并使用声波龙卷风将球体移动到桌面上0.8英寸(2厘米)。从理论上讲，200个扬声器由200个扬声器组成的旋涡可以容纳直径大到31英寸(80厘米)的物体。

研究报告的共同作者，英国布里斯托尔大学工程学高级研究员Mihai Caleap说：“这对声学来说是新的。”

分裂力和动量

悬浮具有声音的物体并不新鲜，但物体的大小长期受到限制：悬浮的物体不能大于支撑它的声波的波长。即使在来自单一声波源声学涡旋的最强悬浮源之一中也是如此。想象一下风中的龙卷风，其中心有一个安静的地方; 可以用声波形成相同的漏斗形状。Caleap告诉Live Science，问题在于波浪将一些旋转力传递到坐在安静地点的物体上。

“你将动量传递给物体，因此物体旋转，”他解释道。旋转会使物体变得不稳定，以至于它可能会从声音漩涡的中心射出，这个问题会随着物体越大而变得越来越明显。

Caleap和他的团队通过找到一种方法来解决这个问题，该方法控制将物体与旋转力(称为动量的轨道角度)分开保持在适当位置的声力。为此，他们在逆时针旋转和顺时针旋转之间快速地来回切换声音涡旋。而不是龙卷风，动作更像是一个超快的洗衣机篮子(如果洗衣机篮子是由声音制成的)。

研究人员说，快速切换运动意味着即使在动量的轨道角度发生变化时，声力也会保持稳定。取代动量的轨道角度限制了可以悬浮的物体的大小，唯一的限制是可以泵入声波的功率量。

药物输送和非接触式组装

为了制造声波，Caleap和他的团队建立了一个单源，圆形的传感器或扬声器阵列，产生的超声波频率太高，无法检测人耳。他们制造的最大阵列总共有192个传感器，可以捕获直径达0.6英寸(1.5厘米)的颗粒。

Caleap说，一个2米乘2米的40,000个传感器阵列可以悬浮近一米(近39英寸)的物体，但是，就目前来说，这是理论上的。他说，声悬浮的主要应用可能小于大。Caleap说，一种可能性是声波可以在体内传播，在肾结石周围移动或将药物胶囊引导到正确的位置。

“声学拖拉机梁在许多应用中具有巨大的潜力，”布里斯托大学超声学教授Bruce Drinkwater 在一份声明中表示。“我对非接触式生产线的想法感到特别兴奋，因为精密物体的组装不会碰到它们。”