利用响应式边界全息图实现声学宏观刚体悬浮
应用物理
2019-01-25 v1
摘要
传播的声波会产生辐射压力，从而对远程物体施加非接触力。通过适当设计波场，可产生稳定悬浮空气中粒子而无需任何机械接触力的远程镊子。近期研究表明，全息阱甚至可利用单侧波源悬浮粒子。然而，以往研究中的可悬浮物体仅限于小于波长的粒子，或放置于刚性壁附近的扁平部件。在此，我们通过声场的全息设计，在无任何动态控制的情况下实现了宏观刚体的稳定悬浮。该悬浮装置通过对刚体表面及声波源进行离散化，来建模作用于刚体的声辐射力与力矩，并优化刚体表面的声场以实现 Lyapunov 稳定性，从而使声场能够适当响应物体位置与旋转的波动。在实验中，40 kHz（波长 8.5 mm）超声相控阵在空气中悬浮了位于声学元件 200 mm 外、尺寸约为 50 mm 的聚苯乙烯球和正八面体。该方法不仅扩展了可悬浮物体的种类，还适用于微观场景（如体内微型机械），因为可使用波长短于目标物体尺寸的超声波以实现更高的可控性与稳定性。
引用
@article{arxiv.1708.05988,
title = {Acoustic Macroscopic Rigid Body Levitation by Responsive Boundary Hologram},
author = {Seki Inoue and Shinichi Mogami and Tomohiro Ichiyama and Akihito Noda and Yasutoshi Makino and Hiroyuki Shinoda},
journal= {arXiv preprint arXiv:1708.05988},
year = {2019}
}
备注
17 pages, 4 figures