聲懸浮技術

圖片說明：超聲波懸浮的發泡聚苯乙烯顆粒。圖片來源：M. Andrade，巴西聖保羅大學

巴西聖保羅大學（University of São Paulo）的研究人員研發了一種新型懸浮設備，它可以使微小物體懸浮，同時對其可控性也比之前的所有懸浮設備更高。

這項設備榮登美國物理學會出版社（American Institute of Physics Publishing）的Applied Physics Letters雜志封面。該設備將上方發出的聲波反射到下方的凹面反射鏡上，通過這一過程將聚苯乙烯輕輕浮起。當反射鏡的方向發生改變時，空中懸浮的粒子也會發生相應的運動。

其他研究人員也曾做過類似的設備，但是這些設備都需精確設置，即聲源和反射鏡之間要有固定的「共振」（resonant）距離，這一要求增加了控制懸浮物體的難度。而該新型設備使「非共振」（non-resonant）懸浮裝置成為可能——它不要求聲源和反射鏡之間保持固定的距離。

取得了這一重大進展之後，研究人員向建立更大規模的設備邁出重要一步，這種設備可用於處理有害物質和化學敏感材料（比如藥物），或者為新一代新奇的高科技兒童玩具提供技術支持。

Marco Aurélio Brizzotti Andrade是這項研究的發起者，他表示：「現代工廠有成百上千的機器人搬運物品，我們何不嘗試在運輸的過程中不去碰觸這些物品？」

圖片說明：超聲波懸浮的發泡聚苯乙烯顆粒。圖片來源：M. Andrade，巴西聖保羅大學

Andrade和同事設計的這款設備只能浮起質量較小的粒子，經測試，這種粒子是直徑約3毫米的聚苯乙烯顆粒。Andrade說：「下一步是要改進設備，讓它浮起更重的材料。」

聲懸浮設備的工作原理

Andrade說，近年來，通過聲懸浮來操控微小粒子的技術已經取得了重大進步。

在常規設備中，上氣缸發射出高頻聲波，當聲波到達設備的底部凹槽時即被反射回去。反射波又與上氣缸新發射出的聲波相遇，產生駐波，駐波的聲壓點（或節點）最低。當這些節點的聲壓足夠大時，就可以與重力相抵消，實現懸浮。

圖片說明：超聲波懸浮的發泡聚苯乙烯顆粒。圖片來源：M. Andrade，巴西聖保羅大學

第一個研發成功的聲懸浮設備能夠在固定的位置浮起微小粒子，但是大約一年前研究人員已取得新的進展，新型設備不僅可以浮起微小粒子，還可以對粒子進行短距離運輸。

然而，這些勝利充滿艱辛。迄今為止的所有懸浮設備中，發聲器和反射鏡之間的距離必須精確校准，產生共振，才能實現懸浮。這意味著發聲器和反射鏡之間的距離必須是聲波波長一半的倍數。即使距離發生輕微變化，駐波模式都會受到破壞，懸浮即會中斷。

新型懸浮設備並不需要精確的距離。Andrade表示，發聲器和反射鏡之間的距離可以不斷變動，而這也不會影響懸浮性能。

Andrade說：「只要打開懸浮設備，則一切就緒了。」