Нов метаматериал манипулира звука
Последно: 19 юни 2024 г. в 10:27
Изследователи от университета Дюк и щатския университет в северна Каролина са разработили метаматериал от хартия и алуминий, който може да манипулира акустичните вълни, така че да се удвоява резолюцията на акустичните изображения, да се фокусират звуковите вълни и да се контролира ъгъла, по който звукът преминава през самия материал. Инструментите за създаване на акустични изображения се използват в медицинското диагностициране и тестването на структурната цялост на самолети и мостове.
Накратко, метаматериалите са направени така, че да притежават свойства, които не се срещат в природата. От гледна точка на структурния дизайн този метаматериал е „хиперболичен“. Това означава, че взаимодейства с акустичните вълни по два различни начина. В единия случай метаматериалът проявява положителна плътност и взаимодейства със звуковите вълни по нормален начин, точно като въздуха. Но насочен перпендикулярно, проявява негативна плътност. Това кара акустичните вълни да се пречупват под различни ъгли – точно обратното на това, което бихме очаквали във физиката.
Това откритие значително ще подобри качеството на акустичните изображения. Досега не можеше да бъде постигната резолюция, по-малка от половината дължина на звуковата вълна. Например ако една акустична вълна има честота 100 kHz, дължината на вълната ѝ е 3.4 милиметра, така че резолюцията няма как да бъде по-малка от 1.7 милиметра.
Но поставянето на новия метаматериал между звуковата вълна и устройството за акустично визуализиране позволява резолюцията да се смали до повече от една пета от дължината на вълната. Друго интересно свойство на метаматериала е, че той може да фокусира звуковите вълни. Това качество ще се окаже особено полезно в медицината и архитектурата.
Метаматериалът позволява на учените и да контролират посоката на преминаване на звуковите вълни. Способен е да блокира акустичните вълни от всички посоки, оставяйки съвсем малък отвор, през който да преминава звукът.
В момента прототипът представлява 30-сантиметров квадрат, а ефективността му е най-висока между 1 и 2.5 kHz. Следващата задача на учените е да го смалят значително и да разширят диапазона му на действие.
