在制造业、机器人工程和生物工程中,小零件组装的过程总是格外繁琐。为实现无物理接触的物体放置,现有的一些方法使用电磁力操控物体。也有方法利用声波在被操控物体表面的散射提供动力,通常应用于放置胶体颗粒或生物细胞。但若想实现精准操控,就需要声波频率尽可能高,然而高频声波通常更易被材料吸收而衰减。
近日,德国的研究团队在《物理评论快报》上发表的一篇文章,解决了这个问题,他们提出可用声波操控的气泡阵列提供物体间的引力,从而使一个物体能准确放置到另一物体上。当声波从刚性物体一侧传播到另一侧,周期性震动会消除两侧的压力差。但水中气泡表现不同,它的体积会随声波震荡,而产生不对称性。因此当声波经一组气泡阵列散射到另一组气泡时,会使两组气泡间出现引力(即次级Bjerknes力)。基于此原理,研究人员在被操控物体表面覆满微型气泡,而后用声波激发气泡阵列间的引力,实现组件操控。研究发现,在单个组件上超过一百个气泡的合力就会比光镊力、磁力更大。并且这种声学方法只需要简单的设备,能够为已有方案提供成本更低、操作更温和的替代技术。