中國科學家利用刻蝕波在表面上移動物體

想像一張桌面，它能抓住一粒沙子並讓它慢慢轉圈，然後對一塊大上數百倍的輕質塑膠做同樣的事——全程沒有任何機械臂觸碰它們。中國科學院聲學研究所的一個團隊離這個構想又近了一步，他們報告了一種在表面上跨越大不相同的尺寸尺度操縱物體的方法。

這項工作由國家科學報紙《科技日報》描述，核心在於研究人員所稱的渦旋波。這些波的波前扭成螺旋狀，攜帶物理學家所稱的軌道角動量。想想浴缸排水時的漩渦：旋轉的水流能把漂浮的物體推著打轉。在聲學版本中，由聲音驅動的波扮演同樣的角色，將動量傳遞給表面上的任何東西。

創新之處在於研究人員如何製造那種漩渦。他們沒有建造複雜的發射器陣列來即時塑造波形，而是將所需的相位資訊直接編碼到薄板的結構中。薄板本身於是就成了機器。當被驅動時，它會產生捕捉和推動其上物體所需的扭轉運動。

這種簡單性很重要。複雜的相控陣昂貴、耗電且難以縮小。帶有圖案的薄板可以做得又薄又平且相對便宜，為那些能悄然挪動、旋轉或組裝小物件的表面打開了大門。團隊報告稱，從亞毫米顆粒到厘米級輕質結構的物體都能在板上被捕捉並繞圈移動。

聲學操縱在實驗室中已為人熟知，聚焦聲場長期以來被用來懸浮液滴並將細胞輕推到位置。這類工作大多發生在充滿液體的腔室中。在乾燥表面上、跨越廣泛尺寸範圍來做這件事，是一個更難的問題，也具有明顯的實用吸引力。

可能的用途讀起來像一份精密製造和微型機器人的願望清單：定位微小電子零件、分揀精細粉末、無污染地移動生物樣本，或為在平坦舞台上爬行和旋轉的微型機器提供動力。因為力量來自波而非夾具，脆弱的物品可以在沒有接觸式工具有時造成的刮痕和壓碎的情況下被處理。

這項研究屬於更廣泛的波場操縱範疇，這一領域橫跨聲學、光學和力學。讓光鑷能夾住單個細胞的同一套物理學——這項工作於2018年獲諾貝爾獎——也有作用於更大物體的聲學表親。中國團隊的貢獻是一種緊湊、可擴展的方式來產生所需的波結構。

這項工作仍處於實驗室階段，將帶圖案的薄板擴展為實用的工業工具會帶來自身的挑戰，包括發熱、效率以及同時控制多個物體的需求。但方向是明確的。透過塑造波而非建造機械臂來移動物體的表面，有朝一日可能靜靜地存在於工廠、實驗室和醫療設備中，在完全沒有活動部件的情況下做精密的工作。