《星际迷航》中最经典的一幕就是利用“牵引光束发射器”在企业号和星球间传送船员。利用光束实现悬浮操控物体早已证实可以实现，从2010年开始，由光粒子组成的纳米级牵引光束就已经能够拖动纳米级的微小目标。而且，不仅光束可以，声波也可以悬浮操控物体。

这一点，科学家早在多年前就已经证实，声波可以操控实现小型物体，如水滴的悬浮。去年《Nature》上也刊登了类似的相关进展，西班牙纳瓦拉公立大学、英国布里斯托大学和萨塞克斯大学的相关研究人员通过简单的实验装置实现了声波隔空悬浮并操纵直径1厘米以内的塑料珠子。

不过一直以来，操控的悬浮物体都有尺寸方面的严格限制。这是为什么呢？

声波悬浮操控物体，是通过在牵引力的汇聚点形成声波陷阱来对物体的牵引力施加影响。主要利用反向声波束（opposing beams of sound waves ），即两列频率和振幅完全相同、振动方向一致、传播方向相反的声波，相互叠加，制造一束驻波。

驻波振幅为零的点被称为“波节”，将待悬浮操控的物体固定在波节处，利用波节充当声波陷阱。

此时驻波就像一个乒乓球拍，在待悬浮物下方不断向上“拍击”，产生竖直方向的悬浮力，当这种悬浮力足以克服物体收到的地心引力时，即可使物体悬浮，并且，通过改变声学换能器之间的相位差，就可以实现物体移动。所以，被操控的悬浮物体尺寸不能超过驻波的波长。

最近，美国物理学会下属期刊《应用物理快报》上刊登了巴西圣保罗大学与英国赫瑞瓦特大学的研究人员在这方面的最新研究进展，研究人员表示悬浮操控物体尺寸方面已不受不受波长限制。

巴西圣保罗大学的Marco Andrade博士表示，他们的研究团队研究设计了三角结构的超声波换能器组合，超声波换能器和球体之间生成了三束驻波，这意味着来自三个方向的超声波同时给予球体压力，以此将球体固定在空中。凭借此项技术，他们成功地将可悬浮物体的尺寸上限，从波长的四分之一提升至50毫米，这一新上限约为声波波长的3.6倍。

“目前，我们只能将物体悬浮在空中的一个固定的位置，”Andrade介绍，“未来，我们希望开发具有新功能的设备，进而操控悬浮在空气中的较大型物体。”

文章链接：

Marco A. B. Andrade,Anne L. Bernassau and Julio C. Adamowski, "Acoustic levitation of a large solid sphere ," Appl. Phys. Lett. 109, 044101 (2016)

（本文转载自：声学在线；授权转载。）

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