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利用微泡阵列放大声力可实现厘米级物体的操控。

Amplification of Acoustic Forces Using Microbubble Arrays Enables Manipulation of Centimeter-Scale Objects.

机构信息

Max Planck Institute for Intelligent Systems, Heisenbergstr. 3, 70569 Stuttgart, Germany.

Institute of Physical Chemistry, University of Stuttgart, Pfaffenwaldring 55, 70569 Stuttgart, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2022 Jun 24;128(25):254502. doi: 10.1103/PhysRevLett.128.254502.

DOI:10.1103/PhysRevLett.128.254502
PMID:35802439
Abstract

Manipulation of macroscale objects by sound is fundamentally limited by the wavelength and object size. Resonant subwavelength scatterers such as bubbles can decouple these requirements, but typically the forces are weak. Here we show that patterning bubbles into arrays leads to geometric amplification of the scattering forces, enabling the precise assembly and manipulation of cm-scale objects. We rotate a 1 cm object continuously or position it with 15  μm accuracy, using sound with a 50 cm wavelength. The results are described well by a theoretical model. Our results lay the foundation for using secondary Bjerknes forces in the controlled organization and manipulation of macroscale structures.

摘要

通过声音对宏观物体进行操控受到波长和物体尺寸的根本限制。共振亚波长散射体(如气泡)可以解耦这些要求,但通常力很弱。在这里,我们展示了将气泡排列成阵列会导致散射力的几何放大,从而能够精确组装和操控厘米级物体。我们使用波长为 50 厘米的声音连续旋转 1 厘米的物体,或者以 15 微米的精度定位物体。结果与理论模型很好地吻合。我们的研究结果为利用二次 Bjerknes 力对宏观结构进行控制和操控奠定了基础。

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