瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的工程师们创造了一个系统，该系统利用可听见的 声波 在不可预测的水下障碍赛中引导物体。但尽管看着扬声器在一个泳池中操控漂浮的乒乓球很有趣，但这个被称为“波的动量塑造”的过程也可能为人体内安全、新的 药物递送方法 铺平道路。
如果你曾参加过非常响亮的音乐会，你就知道声波的物理力量。然而，要真正用声音推一个人，需要 极高的音量 ，这会伤人，甚至可能致死。但虽然用音频引导人不是一种实用的交通方式，但同样的原理可以通过使用更精细的频率来应用于小得多的物体。此外，声学的宽频率范围可以实现对从厘米到微米大小的目标的操控。
EPFL的研究人员在其6月21日发表于 Nature Physics 的论文中解释说：“声波具有独特的优势，因为它们是生物相容且无害的，而且它们的短波长可以穿透各种异构、不透明和吸收的介质。”
因此，工程师们正是这样做的，借鉴了已故 Arthur Ashkin 2018年 诺贝尔奖获奖的光镊 的开创性概念作为额外的灵感。但你不需要成为一名世界知名的物理学家就能理解该团队的波的动量塑造系统——他们在 配套的公告 中甚至将其描述为“极其简单”。
该研究的合著者、EPFL波工程实验室主任 Romain Fleury 于6月25日表示：“该方法根植于动量守恒……这就是它如此有前景的原因。”虽然 Ashkin 的光镊使用激光束来捕获粒子，但 Fleury 将波的动量塑造比作用声音轻轻推动物体，就像曲棍球杆引导冰球一样。
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为了测试他们的设计，研究人员将一个乒乓球放入一个大型水箱中，水箱中布置了多个扬声器。然后，他们从扬声器阵列播放 1590Hz 的声波 ，让乒乓球沿着预定路径滑动，同时麦克风检测到从乒乓球反弹回来的被称为散射矩阵的反馈。散射矩阵数据与顶置摄像头的图像信息相结合，使团队能够进行实时计算，以优化乒乓球在旅途中的声波动量。
但工程师们并不满足于仅仅在一个不变的环境中导航物体。接下来，他们成功地在一个包含固定和移动障碍的水箱中测试了他们的系统，并将球形的乒乓球替换为更复杂设计的物体，如折纸荷花。通过展示波的动量塑造应对复杂、不可预测环境的能力，该团队相信未来的迭代可以应对人体等动态空间。
Fleury 说：“一些药物递送方法已经使用声波来释放封装的药物，所以这项技术对于将药物直接推向肿瘤细胞特别有吸引力。”
类似的方法也可能有助于其他任务，如生物分析和组织工程，当物理相互作用可能会污染或损坏样本时。展望未来，Fleury 和他的同事们希望做得更小——使用超声波来引导单个细胞。
