當(dāng)顆粒在空中聚集到一起，會發(fā)生什么呢？這一問題引起了來自芝加哥大學(xué)的科學(xué)家的興趣。他們利用聲波產(chǎn)生聲壓場，使直徑約1mm的聚乙烯顆粒懸浮在空中，并改變超聲頻率，研究這些顆粒在二維平面上的相互作用。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顆粒數(shù)目少于6個時，它們只能聚集成一種形狀；而6個及以上顆粒則能夠組合成許多不同的形狀。研究人員通過高速攝像機拍下了它們形成的圖案。如下圖所示，6個一組的顆?？梢跃奂善叫兴倪呅巍⑷俗中魏腿切?，而7個一組的顆粒能形成類似于花、烏龜、樹和船的形狀。

該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)六至七個一組的懸浮顆?？梢跃奂刹煌螤?/p>

研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，他們可以通過改變超聲頻率和振幅控制顆粒的聚集態(tài)。當(dāng)聚集態(tài)改變時，其中一個顆粒會像“鉸鏈”一樣圍繞其他顆粒轉(zhuǎn)動，由此決定重新排列后的形狀。這一現(xiàn)象在軟體機器人的制造中具有潛在用途。

顆粒團(tuán)聚體形狀發(fā)生改變

本文作者之一，Anton Souslov博士說：“我們發(fā)現(xiàn)改變超聲頻率可以使顆粒團(tuán)聚體移動并重新排列，這為操縱物體構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)開辟了新的道路。我們實驗中觀察到的‘鉸鏈’轉(zhuǎn)動可能會在可穿戴技術(shù)或柔性機器人領(lǐng)域得到應(yīng)用。相比剛性材料制造的機器人，柔軟、可操控材料制造的機器人更具靈活性和適應(yīng)性?！背酥猓@一現(xiàn)象也有助于科學(xué)家們了解太空塵埃是如何聚集并形成行星和衛(wèi)星的。

該研究于今日發(fā)表在《自然-物理》（Nature Physics）雜志上。研究小組的下一步計劃是研究如何通過聲波控制更多顆粒懸浮，以組裝出更復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)。

編譯：馬一瑗

審校：吳非 

原始論文：

Cluster formation by acoustic forces and active fluctuations in levitated granular matter

參考鏈接：

https://www./pub_releases/2019-03/uob-ait030119.php