物体に超音波ビームを従来の6倍の距離から照射し浮遊させることに成功

2028-08-26 筑波大学

筑波大学の研究チームは、片側から照射する超音波ビームだけで、従来の約6倍となる約40cm離れた位置の物体を空中浮遊・搬送する技術を実証した。音響浮遊は非接触で物体を操作できるため、壊れやすい試料や汚染を避けたい物質の操作に適するが、従来の片側照射方式では音源から離れると保持力が失われる課題があった。研究では、中心軸に高い音圧を細く集中させながら伝搬する「ゼロ次ベッセルビーム」を利用し、高音圧領域そのもので物体を捕捉する方式を採用。直径1.5mmの発泡ポリスチレン球を最大約40cm先で安定浮遊させ、3次元的に搬送することに成功した。複数・非球形物体や障害物の先での浮遊も確認され、囲いのない空間での非接触操作を実現した。実験自動化や立体ディスプレイなどへの応用が期待される。

物体に超音波ビームを従来の6倍の距離から照射し浮遊させることに成功
図 ゼロ次ベッセルビームによる空中浮遊の仕組みと浮遊できる範囲

<関連情報>

ゼロ次ベッセルビームの高圧領域における空中片側音響浮遊 Midair Single-Sided Acoustic Levitation in High-Pressure Regions of Zero-Order Bessel Beams

Yusuke Koroyasu, Christopher Stone, Yoichi Ochiai, Takayuki Hoshi, Bruce W. Drinkwater, and Tatsuki Fushimi
Physical Review Letters  Published: 24 August, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/pfkh-4x7j

Abstract

Acoustic levitation enables noncontact manipulation using sound waves. While conventional methods entrap particles at pressure nodes (zero-pressure region surrounded by high pressure), we demonstrate stable acoustic levitation and translation in midair within a high-pressure axial core of a zero-order Bessel beam for the first time. The trap operates at a long working distance, up to 397 mm (46.6⁢), supports simultaneous multiparticle levitation, and maintains stability over obstacles. Our work establishes a new paradigm for single-sided acoustic manipulation in midair.

0103機械力学・制御
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