超材料是一种由于其结构而表现出独特属性的复合材料，现在研究人员利用一种表面具有小锯齿图案的超材料在水下移动和定位物体，而无需直接接触它们。相邻的扬声器根据声波如何反射于材料上施加不同的力，通过精确地针对漂浮或沉入水中的超材料发出精确的声波，研究人员可以推动和旋转附着在其上的物体。
声音不仅仅可以提供悦耳的节拍。声波已被用于从海床绘图到击碎肾结石等各种用途。得益于独特的材料结构，研究人员现在可以在水下移动和定位物体，而无需直接接触它们。
威斯康星大学麦迪逊分校的博士生张大军将于5月20日（星期二）在美国声学学会第188届会议和第25届国际声学大会上展示他开发用于水下声学操控的超材料的研究成果，会议将于5月18日至23日举行。
超材料是一种由于其结构而表现出独特属性的复合材料。张的超材料表面具有小锯齿图案，这允许相邻的扬声器根据声波如何反射于其上施加不同的力。通过仔细针对漂浮或沉入水中的超材料发出精确的声波，张可以按照他希望的方式推动和旋转任何附着在其上的物体。
在水中操控物体而不接触它们，可能会使许多水下工作变得更简单。这也可以在主要是水的人体内部使用，例如远程手术或药物递送等应用。
“我们的超材料提供了一种在液体介质中施加不同声辐射力的方法，例如水下机器人和车辆、组装部件或医疗设备和药物，”张说。
然而，制造具有正确属性的水下超材料用于物体操控是困难的，尤其是使用传统方法时。
“当前水下超材料的制造方法无法提供所需的分辨率或材料属性，通常也非常昂贵，”张说。“为了解决这个问题，我开发了一种新的制造方法。该方法不仅成本低且易于实施，而且实现了高制造分辨率和与水的大声阻抗对比，这对水下超材料至关重要。”
在测试中，张利用他的超材料操控漂浮物体，如木头、蜡和塑料泡沫，以及完全沉入水下的物体。他将超材料附着在每个物体上，并使用声波推动、拉动和旋转它们。对于沉浸的物体，这种技术使他能够在三维空间中操控它们。
张计划继续他的工作，开发一种更小、更灵活的超材料补丁。他希望他的研究将带来医学和水下机器人领域的新用途。
“我们的研究为水下声学超材料和远程操控开辟了新的机会，”张说。“声学超材料和超表面现在可以用于远程产生水下或体内悬浮、驱动和操控应用的力。”
