研究觀看簡(jiǎn)介
普朗克研究所智能系統(tǒng)的小組帶頭人、斯圖加特大學(xué)傳授Peer Fischer，平常的工作要緊集中于微觀和納米機(jī)器人土地。然而，他的實(shí)驗(yàn)室也在開發(fā)納米制造方法，從而可以制造在水中微小的游泳者。全息影像技術(shù)并不是他的核心關(guān)切。Fischer解說(shuō)道，“然而，我們正在尋找一種手段，同時(shí)移動(dòng)大批微觀粒子，以便將它們組成更大更龐大的結(jié)構(gòu)！彼难芯繄F(tuán)隊(duì)差不多發(fā)現(xiàn)了一種方法能夠使用聲學(xué)進(jìn)行全息成像，成為了這周《自然》期刊報(bào)道的首個(gè)聲學(xué)全息圖。此方法除了能夠進(jìn)行粒子操作以外，還有一列些的其他應(yīng)用。
光學(xué)全息攝影技術(shù)
衆(zhòng)所周知，光學(xué)全息圖提供了一種將攝影帶進(jìn)三維世界的手段。不像傳統(tǒng)攝像機(jī)所拍攝的照片，全息攝影使用了反照光線達(dá)到最大光強(qiáng)的位置信息。物理學(xué)家稱爲(wèi)波的相位。通過(guò)在三維物體上的反照，相位會(huì)發(fā)生偏移且提供了對(duì)象的空間結(jié)構(gòu)的信息。這樣讓全息圖具有三維外觀的特征。
傳統(tǒng)的聲音成像技術(shù)
之前，只有物理學(xué)家所稱為的“相控陣換能器”，能夠操縱聲波的三維結(jié)構(gòu)。這是許多并排放置的聲源的合奏結(jié)果，每個(gè)聲源通過(guò)不同的相位延遲，單獨(dú)地發(fā)出聲音。然而，如此必須要使用電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這些設(shè)備笨重而昂貴。普朗克研究所智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生Kai Melde那么說(shuō)，“我們現(xiàn)在無(wú)需龐大技術(shù)，就可以可以產(chǎn)生三維的聲音。”
聲波創(chuàng)作的畢加索名畫和平鴿
（圖片來(lái)源于：©Kai Melde / MPI for Intelligent Systems）
研究人員首次展示了一幅全息圖，它産生的聲壓具有畢加索名畫和平鴿的形狀。微粒懸浮在液體中遵循和平鴿的形狀，並且最終形成這幅圖像。爲(wèi)了完成這個(gè)目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)第一需要計(jì)算聲波的強(qiáng)度和方位。更加明確地說(shuō)，就是它們的相位需要移動(dòng)，將鴿子的線條轉(zhuǎn)化爲(wèi)升高的聲壓。這樣一來(lái)，他們獲取了相位移示意圖。然後根據(jù)示意圖，他們制造了聲波全息圖：使用一個(gè)3D打印機(jī)，將塑料加工成一幅浮雕，在其中聲音的傳播速度快于周圍的液體。這個(gè)打印機(jī)基于所需要的相位延時(shí)，應(yīng)用了不同厚度的材料。
超聲波通過(guò)凸版背后的全息干涉?zhèn)鞑，使得聲壓能夠?fù)制畢加索的和平鴿圖畫。同時(shí)，他們放置了一個(gè)容器里面裝滿了水，同時(shí)重點(diǎn)區(qū)域有一些微粒，粒子被快速地推成鴿子的外形。研究人員展示了這項(xiàng)技術(shù)能夠以三維的形式，通過(guò)圖片'1'、'2'、 '3'組成一個(gè)全息堆棧。
微粒沖浪和飛翔形成圖像
（圖片來(lái)源于：©Kai Melde / MPI for Intelligent Systems）
Peer Fischer說(shuō)，“我們的技術(shù)并不動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)變聲場(chǎng)的三維結(jié)構(gòu)，但它仍然可以引起動(dòng)態(tài)移動(dòng)。我們感覺(jué)驚奇，之前并沒(méi)有人想到那個(gè)創(chuàng)意！
盡管位于斯圖加特的研究人員，不能隨意轉(zhuǎn)變聲波雕塑，但他們能夠讓粒子以界說(shuō)的軌跡移動(dòng)。他們通過(guò)水中的聚合物顆粒展示了那個(gè)結(jié)果：使用聲壓全息圖，他們?cè)谒嫔闪艘粋(gè)環(huán)形波谷，看上去就像由石頭扔進(jìn)水里所引起的水面漣漪，被他們上凍了一樣。漂蕩在水面上的粒子，受到聲壓的妨礙快速轉(zhuǎn)向波谷，順著圓圈沖浪，直到聲音消失掉！斑@種無(wú)需接觸的方法，使用聲音移動(dòng)粒子，顯得很有味，就像工藝過(guò)程的材料運(yùn)輸一樣。”Kai Melde說(shuō)。
應(yīng)用和未來(lái)展望
聲波全息圖為研究人員操作粒子創(chuàng)造了更多的也許性。除了將粒子暴露在聲波中，全息圖也可以和超聲波一起使用，例如在藥物和材料測(cè)試土地！拔覀兊陌l(fā)明能夠產(chǎn)生具有龐大外形的超聲波場(chǎng)，從而進(jìn)行小范圍的醫(yī)療診斷和治療！比欢，關(guān)于聲波全息圖未來(lái)將如何使用，目前還不是很清楚。Peer Fischer說(shuō)，“但是，我們確定有很多土地可以考慮！
