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把聲音變成子彈!

2011/02/04 | | 標籤:

透過精密計算,讓聲波聚集在一點

聲音的機械波震動除了讓一般動物用來溝通以外,在很多地方也很有用途,像是敲敲西瓜就知道西瓜的好壞、敲敲橋樑鋼骨就知道哪有裂縫、用超音波照照孕婦就可以看到未出生的小baby。

除了這些偵測功能外,如果能夠對聲音的震動聚焦,把震動的能量聚集在一點,就像透鏡聚光一樣,就能實現像是直接在體外把癌症腫瘤加熱移除的工作,既不用開刀也沒有輻射。不同於光線因為波長很短,所以只要控制巨觀的折射率分布(利用透鏡的形狀),就可以利用直線光的偏折近似來設計光學儀器,機械波的波長很長,所以相關的波動計算都必須直接處理近場的彈性微分方程,在實際設計上也非常困難。

現在科學家利用一群小鋼珠開始來設計這種基於機械波的透鏡,用來聚焦震動。就像在一連串的小鋼球串前,只要敲一下最前面的,最後面的就會跳出來,機械波在鋼球間的傳播很有效率,也很容易利用改變球的大小或是鎖的緊不緊來控制鋼球的彈性反應。研究人員利用這樣的性質,把一整面設計的好的小鋼球陣列作為聲音聚焦的裝置,配合上目前有限元素的彈性模擬計算,就可以把振動準確集中在某一個地方。以後除了用來做體內手術以外,這樣的技術也一樣可以用在超音波上,或許能讓影像更為清晰。

本文原發表於科學影像Scimage

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