氣泡無處不在。它不僅賦予碳酸飲料獨(dú)特的口感，還在氣候調(diào)節(jié)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而，控制氣泡的運(yùn)動一直是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。這是因?yàn)闅馀莘路饟碛小吧保滠壽E往往不可預(yù)測，呈現(xiàn)出復(fù)雜的動力學(xué)特性。

如今，一項(xiàng)發(fā)表在《自然·通訊》上的研究重塑了我們對氣泡運(yùn)動的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了一種“馳振”（galloping）現(xiàn)象。此外，這項(xiàng)研究證明，通過精確調(diào)控振動參數(shù)，氣泡可以沿特定軌跡移動，為多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域開辟了新的應(yīng)用前景。

從簡單問題到革命性發(fā)現(xiàn)

這項(xiàng)研究始于一個(gè)看似簡單的問題：持續(xù)的上下振動是否能夠讓氣泡沿單一的方向持續(xù)移動？

為探究這一現(xiàn)象，研究人員將氣泡注入到一個(gè)充滿硅油的透明容器中，并對其施加上下振動。他們觀察到了令人驚訝的現(xiàn)象：當(dāng)容器上下振動時(shí)，這些氣泡會呈現(xiàn)出一種出人意料且富有節(jié)奏感的“馳振”行為——?dú)馀莶粌H上下跳動，甚至在僅受垂直振動驅(qū)動的情況下也能沿水平方向移動。換言之，垂直振動能夠自發(fā)轉(zhuǎn)化為持續(xù)的水平運(yùn)動，這一現(xiàn)象顛覆了流體力學(xué)的常規(guī)認(rèn)知。

這一現(xiàn)象的關(guān)鍵在于共振效應(yīng)——?dú)馀莸恼駝幽Ｊ街g發(fā)生共振，相互作用產(chǎn)生自推進(jìn)力。無論氣泡是直接附著在容器壁上，還是通過液體膜與容器壁隔離，都能展現(xiàn)出這一自推進(jìn)機(jī)制。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整振動的頻率與振幅，這些氣泡可以在不同的運(yùn)動模式之間切換，包括直線運(yùn)動、圓周運(yùn)動，甚至是無序的之字形運(yùn)動。

此外，這項(xiàng)研究表明，馳振氣泡的形態(tài)變化在一定程度上類似于水母等無脊椎海洋生物的推進(jìn)方式，即通過形變來推動自身運(yùn)動。研究人員發(fā)現(xiàn)，馳振的氣泡會利用慣性流體力進(jìn)行推進(jìn)，而非傳統(tǒng)的流體流動模式，這一特性表明，其自推進(jìn)機(jī)制是一種獨(dú)特的流體動力學(xué)現(xiàn)象。

創(chuàng)新的應(yīng)用前景

新的研究不僅深化了我們對氣泡運(yùn)動機(jī)制的理解，也為多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域帶來了前所未有的技術(shù)突破。

首先，在微芯片冷卻方面，該研究為解決微重力環(huán)境下的散熱難題提供了創(chuàng)新方案。地球上的浮力能夠自然移除加熱表面的氣泡，防止局部過熱，而在太空環(huán)境中，浮力效應(yīng)消失，導(dǎo)致氣泡滯留，從而影響散熱效率。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)展示了一種無需依賴重力的主動氣泡移除方法，有望提升衛(wèi)星及航天電子設(shè)備的熱傳遞能力，優(yōu)化航天工程中的熱管理系統(tǒng)。

在表面清潔領(lǐng)域，馳振氣泡展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。實(shí)驗(yàn)表明，這些氣泡能夠在表面上跳躍、曲折移動，從而高效清除灰塵和污垢。這一特性不僅有望提高工業(yè)清潔技術(shù)的精度和效率，還可能拓展至生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如通過流體驅(qū)動技術(shù)優(yōu)化靶向藥物輸送，使其更精準(zhǔn)地到達(dá)特定目標(biāo)區(qū)域。

此外，這項(xiàng)研究還為軟體機(jī)器人與智能流體系統(tǒng)的開發(fā)開辟了新的可能性。研究人員發(fā)現(xiàn)，馳振氣泡的自推進(jìn)機(jī)制使其能夠在無外部驅(qū)動的情況下實(shí)現(xiàn)長距離運(yùn)動，并在復(fù)雜流體環(huán)境中精準(zhǔn)導(dǎo)航。這一機(jī)制或許能為微流體設(shè)備、可編程流體系統(tǒng)等前沿技術(shù)提供新的動力策略，甚至有望解決長期存在的熱管理與流體操控難題，為未來的自動化與智能制造提供靈活、高效的解決方案。

這一突破性的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著氣泡動力學(xué)研究邁向了一個(gè)新的階段，也展現(xiàn)了其在多個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用前景。隨著研究的深入，科學(xué)家或許能夠進(jìn)一步優(yōu)化這一現(xiàn)象的控制方法，使其真正轉(zhuǎn)化為可應(yīng)用的技術(shù)方案。或許在不久的將來，我們將親眼見證這些微小而靈活的氣泡如何驅(qū)動一場新的科技變革。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56611-5

https://www.eurekalert.org/news-releases/1074901

#圖片來源：

封面圖&首圖：parkstonephotography / Pixabay