科技日报记者 张佳欣
美国弗吉尼亚理工大学研究团队在片上声波操控领域取得新进展。他们研制出一种新型可编程声波芯片，可在电子芯片上对流体和颗粒等微小目标进行灵活精准操控。该技术拓展了医学和工程领域的应用前景，有望应用于非侵入性手术或体外血液成分分离。相关研究成果发表于最新一期《自然·通讯》杂志。
团队一直在探索如何将声波作为“隐形抓手”，用于操控电子芯片上的流体流动和微小颗粒。然而，当前片上声波技术面临关键瓶颈：电子芯片中普遍采用的叉指换能器（IDT）通常只能产生单一平面声波，难以生成高度可定制、可弯曲或可叠加的复杂声场，而这些能力正是实现微粒捕获、声波路径引导和流体输运所必需的。
在实验中，研究团队尝试利用声波“抓取”人体血栓或培养皿中的微小细胞，但传统IDT产生的平面声波只能推动目标在平面内移动，难以实现空间操控。为此，需要构建能在微尺度上完成复杂运动和精细操作的“声学手指”，以实现微小目标的精准操控。
团队重新设计了声波发射器几何结构，并优化了电极排布。通过在芯片中引入高度可定制的相位分布，他们构建出彼此交叉并协同作用的声波场，使声波能够像“手指”一样被引导、弯曲和协同控制。
研究团队还开发了多种新型片上器件方案，可在不同尺度和功率下运行，并生成不同能量分布的声波。通过相位编码调控，这些器件能以前所未有的方式对声波进行倾斜、弯曲和耦合。最终，这一整套机制被集成在单一电子芯片上，形成一体化声波操控平台。实验结果显示，该平台产生的声波能量束在传播距离和能量集中度方面均优于传统IDT。
该技术的核心优势在于“适应性”。团队能精确控制声波的能量传播方式，使其适用于不同需求，如声波路径引导、流体和颗粒操控。这项成果不仅开创了可编程片上声波操控的新方法，也为未来在微纳制造、半导体散热及生物传感等多领域的应用奠定了基础。
总编辑圈点
声波跑得慢，但慢也有慢的好处。高频声波很容易被限制在微小的结构中，各通道间信号不容易串门。声波芯片被认为有望成为量子和经典信息处理芯片上的信息载体。此次，科研人员不仅实现了对声波的控制，还开发了多种片上器件方案，让声波能够适应不同任务，还能像手指一样精确操控微小目标。“训练有素”的声波可以干很多事，比如抓取特定细胞，或者操控微流体定向流动。技术成熟后，我们还可搭建基于声波的高性能电子器件和网络通道。
