当听到“隔空移物”的时候,大家是不是首先会想起那些传说中的武林高手,或者是那些有特异功能的超能人士,又或者是那些来自另外一个星球的生物。
其实,就在前阵子,有一群来自西班牙纳瓦拉公立大学和英国布里斯托大学的有趣科学家,就做到了“隔空取物”
目前,科学家发明了声波操控器,可以实现在短距离内隔空取一个小球,并对小球做出可控的移动和旋转。
声波,通俗来说就是我们平时听到的声音(当然还有我们听不到的超声波)。声波是一种机械波,由物体(声源)的振动产生。而且,声波也是可以叠加的。
所以,声波的本质就是空气、液体、固体等介质的振动,而这种振动其实就是一种力。当这种力足够大的时候,就可以令物体运动啦。简单来说,声音也是力。
而这次科学家研发出来的声波操控器装置充分地利用了波的叠加性质:
上图只是声波叠加的两种最特殊情况:振动状态相同时相互增强;振动状态不同时相互抵消。本文中提到的科学家通过巧妙的计算能产生更多复杂的叠加情况。他们的装置的由很多个小型的“音响”在一起,因此可以产生多个不同的声波,在不同声波的叠加作用下,就像在空气中形成一只无形的手,把小球“抓住”,从而可以实现可以隔空自由控制小球的运动,如下图:
Asier Marzo, et al.
上面的动图中,彩色的圆点就是声波发生器(也就是小音响),不同的颜色代表不同的相位(振动状态),通过多个的声波发生器产生的声波叠加,就可以形成上图中如同山峰一样的声场。通过进一步的计算和设计,无形的声场可以被设计成想要的形状,比如一只“手”。
科学家把这种利用声波产生的无形“手”称为全息声波图像(Acoustic holographic),虽然肉眼看不到这只无形的“手”,但实际上它可以通过声波叠加的来存在:
图:漩涡状的无形的“手”
大家可以这么理解,上图中为被染成红色的区域就是声波在空气中形成的一堵墙,小球被这堵墙包围着,所以不会掉下来。
图:对称结构的“手”
只能抓住小球当然是不够的!科学家们还可以控制这些无形的“手”进行运动,从而实现对小球的控制。我们来看看他们还能让小球干什么:
1. 空中漂浮和移动
2. 转动
3. 旋转
4. 全方位抗重力运动
悄悄的想一下,假如这东西功率足够大,操控质量更大的物体应该是可行的(但估计要拉起一个人来还是比较困难)。
另外,科学家们做这个东西并不全是因为好玩,这个研究还有深远的科学和应用意义:
1、文章作者把这种制造无形的“手”的原理称为全息声波图像原理 (Holographic acoustic elements) ,也就是说通过这种技术,我们可以在介质中制造出由多个声波叠加组成的三维立体“声波图像”,前面动图中无形的“手”就是其中一种三维声波图像。
2、由于声音可以在不同介质中传播,所以这种原理不单止在空气中适用,在液体、固体中也适用。
3、人体也是一种介质,脑洞一下,做手术不用开刀,用这种技术可以实现人体内的一些医疗操作,是不是很炫酷!~
文章链接:
Asier Marzo, Sue Ann Seah, Bruce W. Drinkwater, Deepak Ranjan Sahoo, Benjamin Long & Sriram Subramanian, 'Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects,' Nature Communications 6, Article number:8661 doi:10.1038/ncomms9661。
本文来源:科学趣闻微信号(scipop);小编略有修改!
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