他們用聲波讓物體懸浮，還能操控物體形狀

知識 03-06

芝加哥大學的科學家們成功利用聲波控制顆粒懸浮。這一研究有望被用於柔性機器人的開發上。

當顆粒在空中聚集到一起，會發生什麼呢？這一問題引起了來自芝加哥大學的科學家的興趣。他們利用聲波產生聲壓場，使直徑約1mm的聚乙烯顆粒懸浮在空中，並改變超聲頻率，研究這些顆粒在二維平面上的相互作用。

研究人員發現，當顆粒數目少於6個時，它們只能聚集成一種形狀；而6個及以上顆粒則能夠組合成許多不同的形狀。研究人員通過高速攝像機拍下了它們形成的圖案。如下圖所示，6個一組的顆粒可以聚集成平行四邊形、人字形和三角形，而7個一組的顆粒能形成類似於花、烏龜、樹和船的形狀。

該團隊發現六至七個一組的懸浮顆粒可以聚集成不同形狀

研究團隊還發現，他們可以通過改變超聲頻率和振幅控制顆粒的聚集態。當聚集態改變時，其中一個顆粒會像「鉸鏈」一樣圍繞其他顆粒轉動，由此決定重新排列後的形狀。這一現象在軟體機器人的製造中具有潛在用途。

顆粒團聚體形狀發生改變

本文作者之一，Anton Souslov博士說：「我們發現改變超聲頻率可以使顆粒團聚體移動並重新排列，這為操縱物體構成複雜結構開闢了新的道路。我們實驗中觀察到的『鉸鏈』轉動可能會在可穿戴技術或柔性機器人領域得到應用。相比剛性材料製造的機器人，柔軟、可操控材料製造的機器人更具靈活性和適應性。」除此之外，這一現象也有助於科學家們了解太空塵埃是如何聚集並形成行星和衛星的。

該研究於今日發表在《自然-物理》（Nature Physics）雜誌上。研究小組的下一步計劃是研究如何通過聲波控制更多顆粒懸浮，以組裝出更複雜的形狀結構。

編譯：馬一瑗

審校：吳非

參考鏈接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/uob-ait030119.php