新研究调整声音悬浮理论

新研究调整声音悬浮理论

就像一个看不见的镊子，声波可以用来悬浮在空中的微小物体。声悬浮技术在科研和工业中具有重要的应用，包括操纵生物细胞等敏感物质。

由悉尼科技大学（UTS）科学家与新南威尔士大学（UNSW）合作领导的新研究表明，使用超声波精确控制粒子，需要考虑其形状及其对声场的影响。这项研究刚刚发表在《Physical Review Letters》杂志上。

当声波相互作用并产生驻波时，就会发生声悬浮，其节点可以“捕获”粒子。目前声学悬浮的数学基础，Gorkov的声传导的基本理论，假设被捕获的粒子是一个球体。

“以前的理论模型只考虑了对称粒子。我们已经扩展了该理论来解释不对称粒子，这更适用于现实世界的经验，”来自UTS音频，声学和振动中心源于生物的动力学实验室的主要作者Shahrokh Sepehrirahnama博士说。

“使用一种称为威利斯耦合的性质，我们可以表明不对称性改变了悬浮过程中施加在物体上的力和扭矩，并改变了'捕获'位置。这些知识可以用来精确控制或分类小于超声波波长的物体，”他说。

“从更广泛的意义上说，我们提出的基于形状和几何形状的模型将使非接触式超声波操作和超材料（设计为具有自然界中找不到的属性的材料）这两个趋势领域更加紧密地结合在一起，”他补充说。

源于生物的动力学实验室负责人Sebastian Oberst副教授表示，在不接触微小物体的情况下精确控制它们的能力可以使研究人员研究敏感生物物体的动态材料特性，如昆虫翅膀，蚂蚁和白蚁腿。

蜜蜂翅膀和蚂蚁腿的非接触式振动测试示例

“我们知道昆虫具有一些有意思的能力。白蚁对振动非常敏感，可以通过这种感觉进行交流，蚂蚁可以承受许多倍于其体重的力量，蜜蜂翅膀的花丝结构使力量和灵活性兼具。”

“更好地了解这些自然物体的特定结构动力学，如它们如何振动或抵抗力，可以根据自然界的灵感开发新材料，用于建筑，国防或传感器开发等行业。”

研究人员一直专注于了解白蚁传感器官的机械性能，以便构建和创新超灵敏的振动传感器。他们最近确定了位于白蚁腿部的亚属器官的结构细节，可以感知微振动。

“目前很难评估这些生物材料的动态特性。我们甚至没有抓住它们所需的工具。触摸它们会破坏测量，使用非接触式激光会造成损坏，”他说。

“这项理论研究的深远应用是利用非接触分析的方法，来揭示新材料的原理，从而开发新型声学材料。”

信息源于：悉尼科技大学

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