不用伸手接觸，只靠水面上的波，就能「抓住」漂浮顆粒，還能讓它按照指定路線移動？
NTU申藝傑助理教授參與的一項國際合作研究，就展示了這樣一種「動態水波鑷子」（Dynamic Water-Wave Tweezers）。研究團隊通過控制相互干涉的水波，讓漂浮顆粒被穩定捕獲，並沿預先設計的二維軌跡移動。
這項研究於2026年1月以預印本形式公開，論文已於2026年8月11日被《Physical Review Research》接收。
水波也能當鑷子？
所謂「水波鑷子」，並不是真的在水裡放了一把鑷子，而是利用經過精確設計的水波場，在水面形成能夠捕獲漂浮顆粒的位置。
研究團隊讓三列平面水波相互干涉，形成一種三角形波場晶格。根據不同的實驗參數，漂浮顆粒可以被穩定捕獲在波強較大的位置，或者被困在波場的零點，也就是所謂的「渦旋」位置。
這樣一來，原本不斷變化的水波，就像形成了一把看不見的「鑷子」，能夠在不直接接觸顆粒的情況下將它穩定地限制在特定位置。
在實驗中，研究人員在一個約1.2米×1.2米、水深約2.5厘米的水槽中構建水波場。在中心頻率為約6赫茲的實驗條件下，一顆直徑約9.5毫米的聚乙烯小球能夠被穩定捕獲在波場渦旋處。
但這項研究真正特別的地方，還不是「抓住」，而是如何讓被抓住的顆粒繼續移動。
「動態」二字才是關鍵
傳統的捕獲方式更像是把顆粒固定在某一個位置，而「動態水波鑷子」則可以讓這個捕獲位置本身在水面上移動。
研究團隊的方法，是對三列相互干涉水波的頻率進行非常細微的調整。隨著不同水波之間出現微小的頻率差，原本固定的波場晶格就會移動，被困在其中的顆粒也會跟著一起移動。
換句話說，不需要直接推動顆粒，只需要改變水波，就能控制顆粒「往哪走」。
為了驗證這種操控能力，研究人員讓顆粒沿事先設計好的路線運動，成功繪製出了「HENU」等字母軌跡；論文補充材料還展示了「NTU」和「DIPC」等軌跡。部分實驗中，兩個顆粒還可以同時被捕獲，並在不同的渦旋位置隨波場移動。
研究團隊也測試了不同頻率和顆粒尺寸下的穩定性。結果顯示，對於直徑約9.5毫米的顆粒，在約4至6.5赫茲的中心頻率範圍內，可以實現較穩定的捕獲和運輸；在約6赫茲條件下，研究人員還成功操控了直徑約6.2至9.5毫米的顆粒。
這意味著，水波不只是能夠形成一個靜態「陷阱」，還可以進一步變成一種能夠按照指令移動目標的動態操控工具。
從毫米級實驗走向更多可能
這項研究由多個機構的科研人員共同完成，NTU的申藝傑助理教授是論文作者之一，並擔任通訊作者。申藝傑現任職於NTU數理科學學院，同時與電氣與電子工程學院相關聯，研究方向包括結構光、拓撲物理和光子學等。
實際上，NTU團隊此前就曾參與結構化水波操控研究。2025年，NTU官方曾報道申藝傑助理教授共同領導的國際研究團隊利用特殊水波圖案捕獲和控制漂浮物體，並提出未來可以嘗試進一步縮小系統尺度，探索對細胞大小顆粒的操控。
此次「動態水波鑷子」則在此基礎上進一步展示了對顆粒進行可控二維運輸的能力。
不過需要注意，目前論文中的實驗對象仍然主要是毫米級漂浮顆粒，並不是單個細胞。論文認為，這種方法未來有望為流體環境中漂浮的生物物體和軟物質提供新的非接觸操控思路，但真正實現細胞尺度應用，還需要進一步研究和實驗驗證。
除了微尺度研究，這種「用波控制物體」的思路也為流體環境中的顆粒運輸、軟物質操控以及更大尺度的水面物體控制提供了新的研究方向。
從「把顆粒困住」，到「讓顆粒按照指定路線移動」，動態水波鑷子正在讓一片普通的水面，變成一個可以被精確編程的操控平台。
📌 要點總結✦ NTU申藝傑參與國際合作研究研究團隊開發「動態水波鑷子」，論文已於2026年8月11日被《Physical Review Research》接收。✦ 水波不僅能抓住顆粒，還能讓它移動通過微調相互干涉水波的頻率，研究人員能夠移動波場中的捕獲位置，讓毫米級漂浮顆粒沿預設的二維軌跡運動。✦ 細胞操控仍屬於未來方向目前實驗主要驗證了約6.2至9.5毫米顆粒的穩定運輸。未來若能進一步縮小系統尺度，這種技術有望探索生物顆粒、軟物質等非接觸操控應用。 一片水面，也能變成精密的「操控平台」。如果未來真的能把這項技術縮小到細胞尺度，你最期待它被用在哪個領域？
