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微型“牵引光束”利用声学全息图移动物体

探索声全息术如何彻底改变用于药物输送系统和显微外科应用中的粒子操纵。

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科学家们创造了诸如镊子、旋风和笼子等形状的声全息术,它们对粒子施加力以使其悬浮和操纵。(图片来源:Asier Marzo, Bruce Drinkwater 和 Sriram Subramanian)这是一个经典的科幻场景:一艘大型飞船靠近一艘小型飞船,将其捕获在一个所谓的“拖拉机光束”中,然后将其拉入。现在想象一下将这项技术变为现实,但不是移动恼人的宇宙飞船,而是陆地拖拉机光束将执行无接触组装、显微外科或将药物直接输送到需要它们的身体部位。您可能不必再想象多久了:一个英国研究团队正在朝着开发小型拖拉机光束迈出早期步伐,他们利用高振幅声波创造出可以实时调整的看不见的力场。

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耐心、耐心、耐心

花了几个月才做好。“当实验不成功时(大约六个月),这是您能想象到的最令人沮丧的时期,”布里斯托大学超声波教授 Bruce Drinkwater 说。“想象一下反复丢下小的聚苯乙烯球,看着它们落下,或者射向错误的方向。所以,当 Asier(Marzo)向我们展示它有效时,我们都惊呆了。”

他握了握在场所有人的手,然后说:“这会让我们登上《自然》杂志。” 结果,他们做到了。他们的研究今天发表在《自然·通讯》杂志上,是布里斯托大学、苏塞克斯大学和 Ultrahaptics 公司之间的一项合作,Ultrahaptics 是一家开发利用声波创造虚拟触感技术的公司。该团队设置了一个由 64 个微型扬声器组成的阵列,每个扬声器都发出人类听觉范围之外的声音,以创建可以包围物体并将其固定在原地的声全息术。通过改变扬声器的输出,他们可以设置各种充当手指、旋风或笼子的声场,然后用它们来操纵物体。

大事、小包装

该方法在声音无法传播的太空真空中不起作用,但他们有很多关于下一步方向的想法。Drinkwater 表示,他们正在努力使系统小型化,使其能够处理极其微小的粒子。“我们考虑的是细胞和携带药物的微胶囊,”Drinkwater 在一封电子邮件中说。“如果我们在体内操纵这些,例如将药物输送到肿瘤,这将是极其重要的。” Marzo,纳瓦拉公共大学的博士生写道,理论上,这些波可用于操纵血栓、肾结石、显微手术器械或在体内移动细胞,而无需任何切口。他还认为这项技术在太空中具有可行性,可以在宇航员工作的零重力环境中控制漂浮的物体。“能够从远处、不接触地操纵物体本身就非常令人兴奋,”Marzo 在一封电子邮件中说。“它可以是平凡的事情,比如把遥控器从桌子上抬到手中,也可以是极其复杂的,比如由数百万个充当像素的悬浮粒子组成的触觉显示器。为什么不行呢?我喜欢重排小行星或逐个原子地建造东西的终极愿景。” [embed]https://www.youtube.com/watch?v=s5r2nmvxA4s[/embed]

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