不用伸手接触，只靠水面上的波，就能“抓住”漂浮颗粒，还能让它按照指定路线移动？
NTU申艺杰助理教授参与的一项国际合作研究，就展示了这样一种“动态水波镊子”（Dynamic Water-Wave Tweezers）。研究团队通过控制相互干涉的水波，让漂浮颗粒被稳定捕获，并沿预先设计的二维轨迹移动。
这项研究于2026年1月以预印本形式公开，论文已于2026年8月11日被《Physical Review Research》接收。
水波也能当镊子？
所谓“水波镊子”，并不是真的在水里放了一把镊子，而是利用经过精确设计的水波场，在水面形成能够捕获漂浮颗粒的位置。
研究团队让三列平面水波相互干涉，形成一种三角形波场晶格。根据不同的实验参数，漂浮颗粒可以被稳定捕获在波强较大的位置，或者被困在波场的零点，也就是所谓的“涡旋”位置。
这样一来，原本不断变化的水波，就像形成了一把看不见的“镊子”，能够在不直接接触颗粒的情况下将它稳定地限制在特定位置。
在实验中，研究人员在一个约1.2米×1.2米、水深约2.5厘米的水槽中构建水波场。在中心频率为约6赫兹的实验条件下，一颗直径约9.5毫米的聚乙烯小球能够被稳定捕获在波场涡旋处。
但这项研究真正特别的地方，还不是“抓住”，而是如何让被抓住的颗粒继续移动。
“动态”二字才是关键
传统的捕获方式更像是把颗粒固定在某一个位置，而“动态水波镊子”则可以让这个捕获位置本身在水面上移动。
研究团队的方法，是对三列相互干涉水波的频率进行非常细微的调整。随着不同水波之间出现微小的频率差，原本固定的波场晶格就会移动，被困在其中的颗粒也会跟着一起移动。
换句话说，不需要直接推动颗粒，只需要改变水波，就能控制颗粒“往哪走”。
为了验证这种操控能力，研究人员让颗粒沿事先设计好的路线运动，成功绘制出了“HENU”等字母轨迹；论文补充材料还展示了“NTU”和“DIPC”等轨迹。部分实验中，两个颗粒还可以同时被捕获，并在不同的涡旋位置随波场移动。
研究团队也测试了不同频率和颗粒尺寸下的稳定性。结果显示，对于直径约9.5毫米的颗粒，在约4至6.5赫兹的中心频率范围内，可以实现较稳定的捕获和运输；在约6赫兹条件下，研究人员还成功操控了直径约6.2至9.5毫米的颗粒。
这意味着，水波不只是能够形成一个静态“陷阱”，还可以进一步变成一种能够按照指令移动目标的动态操控工具。
从毫米级实验走向更多可能
这项研究由多个机构的科研人员共同完成，NTU的申艺杰助理教授是论文作者之一，并担任通讯作者。申艺杰现任职于NTU数理科学学院，同时与电气与电子工程学院相关联，研究方向包括结构光、拓扑物理和光子学等。
实际上，NTU团队此前就曾参与结构化水波操控研究。2025年，NTU官方曾报道申艺杰助理教授共同领导的国际研究团队利用特殊水波图案捕获和控制漂浮物体，并提出未来可以尝试进一步缩小系统尺度，探索对细胞大小颗粒的操控。
此次“动态水波镊子”则在此基础上进一步展示了对颗粒进行可控二维运输的能力。
不过需要注意，目前论文中的实验对象仍然主要是毫米级漂浮颗粒，并不是单个细胞。论文认为，这种方法未来有望为流体环境中漂浮的生物物体和软物质提供新的非接触操控思路，但真正实现细胞尺度应用，还需要进一步研究和实验验证。
除了微尺度研究，这种“用波控制物体”的思路也为流体环境中的颗粒运输、软物质操控以及更大尺度的水面物体控制提供了新的研究方向。
从“把颗粒困住”，到“让颗粒按照指定路线移动”，动态水波镊子正在让一片普通的水面，变成一个可以被精确编程的操控平台。
📌 要点总结✦ NTU申艺杰参与国际合作研究研究团队开发“动态水波镊子”，论文已于2026年8月11日被《Physical Review Research》接收。✦ 水波不仅能抓住颗粒，还能让它移动通过微调相互干涉水波的频率，研究人员能够移动波场中的捕获位置，让毫米级漂浮颗粒沿预设的二维轨迹运动。✦ 细胞操控仍属于未来方向目前实验主要验证了约6.2至9.5毫米颗粒的稳定运输。未来若能进一步缩小系统尺度，这种技术有望探索生物颗粒、软物质等非接触操控应用。 一片水面，也能变成精密的“操控平台”。如果未来真的能把这项技术缩小到细胞尺度，你最期待它被用在哪个领域？
