超聲波的超級(jí)用途

智七柱

人耳聽得見的聲音，都是振動(dòng)頻率在20～20000赫茲之間的聲波。超聲波是一種獨(dú)特的聲波，頻率超過20000赫茲，人耳聽不到，但是它真的存在，并且大有用處。

20世紀(jì)30年代，超聲波開始應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，成為一種不可或缺的醫(yī)療工具。比如產(chǎn)前檢查，用超聲波可以“看到”胎兒的狀況?，F(xiàn)在它幾乎在各個(gè)生產(chǎn)生活領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。超聲波的高頻振動(dòng)，可以殺死細(xì)菌，焊接塑料，甚至能在短短幾天內(nèi)“催熟”原本需要好幾年的白蘭地酒。未來，超聲波的用途將更加廣泛，也會(huì)給生產(chǎn)生活帶來更大改變。

真正的免提電話

科幻電影里，經(jīng)常出現(xiàn)一些鏡頭。人們把手在空中指指點(diǎn)點(diǎn)，就能操作電腦，還能把虛擬屏幕拉到眼前，或推到身后。如今這種技術(shù)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了，比如微軟的Kinect，這是一款游戲設(shè)備，它能檢測游戲玩家手的位置與動(dòng)作，并隨之啟動(dòng)相應(yīng)的操作，就是說玩家不需接觸、觸摸任何其他設(shè)備，直接用手“隔空”操作機(jī)器。但它還不太完美，若手放不到正確位置，就無法準(zhǔn)確地下達(dá)指令，因此目前還無法大范圍普及。

然而借助超聲波，這種技術(shù)有望得到突破。有研究人員把一組超聲波發(fā)射器所發(fā)出的超聲波聚焦在小范圍內(nèi)，就能在空氣里創(chuàng)建隱形按鈕。肉眼雖看不見，但它能被皮膚感覺到，因?yàn)檫@會(huì)在皮膚上產(chǎn)生輕微的壓力感。隱形按鈕與物理按鈕一樣有效，并且人們不需將手放到“正確位置”，也不需按指定手勢操作，只要循著壓力感操縱它即可。

應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，很多電子設(shè)備就會(huì)變成完全防水的，非觸摸式的，而且設(shè)備還能隨時(shí)監(jiān)控周圍環(huán)境變化。屆時(shí)智能手機(jī)將更智能，甚至不需要觸摸，它就能識(shí)別你的意圖，直接解鎖、打電話。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也將更加逼真，不僅能看到、感受到三維立體環(huán)境，還可以隔空操控它。這將為電子游戲和娛樂業(yè)帶來新的發(fā)展空間。

另外，還可以把超聲波與無線充電技術(shù)結(jié)合，將超聲波能量轉(zhuǎn)化為電能，這樣家里、學(xué)校里、公司里只要有超聲波發(fā)射器，手機(jī)就將永遠(yuǎn)有電。

超聲波全息圖像

在醫(yī)療領(lǐng)域，超聲波常常用來透視人體，并形成二維圖像。如今這項(xiàng)技術(shù)正在得到進(jìn)一步改善，二維圖像將變成三維全息圖像。

實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)需要一種特定介質(zhì)，通過超聲波移動(dòng)介質(zhì)中的微觀粒子，就能形成全息圖像。例如，在水里投放一些塑料顆粒，事先設(shè)計(jì)的超聲波會(huì)投射到水里，且會(huì)移動(dòng)塑料顆粒，使其排列到特定方位，形成三維全息圖像。

除了形成超聲波全息圖像，改進(jìn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)外，超聲波還可以用在治療方面，比如精確投放藥物。

“復(fù)明”眼鏡

超聲波另一個(gè)巨大用途，就是能讓盲人“復(fù)明”。這借鑒了蝙蝠回聲定位的原理。蝙蝠飛行時(shí)，不是靠視覺探路來捕捉獵物，相反它靠的是耳朵。蝙蝠發(fā)出超聲波，遇到周遭物體、獵物時(shí)就會(huì)反射回來，蝙蝠根據(jù)反射回來的超聲波，就能對(duì)周遭情況判斷得一清二楚。反射回來的超聲波包含了周遭物體的位置、形狀、大小等信息。

美國科學(xué)家據(jù)此發(fā)明了超聲波頭盔，它可以像蝙蝠那樣發(fā)出一種超聲波，并能捕捉反射回來的超聲波，再轉(zhuǎn)換成人耳聽得見的聲音。只要經(jīng)過學(xué)習(xí)，人類大腦就可以學(xué)會(huì)識(shí)別這種聲音，把它轉(zhuǎn)換成一種思維圖像，包含周遭環(huán)境詳細(xì)信息，從而使盲人“恢復(fù)”視覺。

在不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)必會(huì)越來越具有實(shí)用性和便攜性，或許有一天它會(huì)被裝配到特制的眼鏡里，使盲人戴上眼鏡就能“看見”世界。

牽引光束

能量強(qiáng)大的超聲波，照射物體能使之離地懸浮。實(shí)驗(yàn)證明，只要有足夠的能量，靠超聲波托舉物體騰空并向不同方向移動(dòng)，是完全可能的。這與許多科幻電影里出現(xiàn)的牽引光束非常類似。

英國科學(xué)家已經(jīng)證明，把一組超聲波發(fā)射器以一定順序排列，使它們發(fā)出的超聲波聚焦，就可以產(chǎn)生足夠強(qiáng)的力，舉起珠子大小的物體，使之離地懸空。如果要舉起更大的物體，比如一箱貨或一個(gè)人，只需要加大能量，使超聲波足夠強(qiáng)大就可以。

目前還不清楚超聲波能量對(duì)人體是否會(huì)有傷害，以及傷害有多大。但是，這項(xiàng)技術(shù)的用途仍然很廣，比如在醫(yī)療領(lǐng)域，或許會(huì)帶來許多革命性改進(jìn)，可以用來移動(dòng)藥物，使其直達(dá)目標(biāo)細(xì)胞。

高效鉆頭

超聲波還可以用在地質(zhì)勘探上。高功率的超聲波振動(dòng)具有強(qiáng)大能量，可以有效地壓縮、擠壓物質(zhì)。在地質(zhì)勘探上，它可以當(dāng)“鉆頭”用，就像真實(shí)鉆頭一樣，在地下擠壓出一條通道。目前在勘探石油和天然氣礦藏方面，這項(xiàng)技術(shù)正被應(yīng)用和研究。

超聲波回聲定位技術(shù)，可以設(shè)計(jì)到無人機(jī)的傳感器里面，使無人機(jī)能有效避開障礙物，從而可以飛往一些危險(xiǎn)區(qū)域和人類難以企及的地方，完成人類無法完成的任務(wù)。

更重要的，超聲波的勘探和定位技術(shù)并不局限于地球。未來人類登陸火星，開采資源就需要新的方式，因?yàn)榛鹦巧现亓苄。s為地球的0.38倍），常規(guī)鉆頭無法產(chǎn)生足夠的下鉆力量。這時(shí)，用超聲波鉆探、收集樣品，就正得其時(shí)。endprint