Pristatytas pirmasis pasaulyje akustinio nematomumo įrenginys (Video)

Naudodami tik keletą perforuotų plastiko lapų ir daugybę skaičiavimų, Duke'o universiteto inžinieriai pademonstravo pirmąjį pasaulyje trimatį akustinio nematomumo įrenginį. Naujasis įrenginys nukreipia garso bangas taip, kad atrodo, jog nei įrenginio, nei nieko po juo nėra.

.caption {color:black;font-weight:normal;font-family:mono;font-size:100%;background-color:#f5f5f5;padding:0.8em} .vzd {text-align:center;background-color:#f5f5f5}Akustinio kamufliažo įrenginys veikia visuose trijuose matmenyse, nesvarbu, iš kur sklinda garsas, ar kur įsitaisęs stebėtojas, ir ateityje gali būti panaudotas slėpimuisi nuo sonarų ir statinių akustikoje.

Tyrimas skelbiamas Nature Materials.

Bogdan Popa, elektros ir kompiuterių tyrimų mokslininkas, rodo 3D akustinę uždangą, kurią, kaip Steveno Cummerio laboratorijos narys, padėjo sukurti ir pagaminti.

„Mes paslepiame objektą nuo garso bangų,” sakė Stevenas Cummeris, Duke'o universiteto elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius. „Apgaubus objektą šia uždanga, garso bangos elgiasi taip, lyg jų kelyje nieko nebūtų – tiesiog plokščias paviršius.”

Norėdamas tai pasiekti, Cummeris su kolegomis pasitelkė besivystančią metamedžiagų sritį – natūralių medžiagų pasikartojančių struktūrų kombinacija, suteikianti neįprastų savybių. Naujosios akustinės uždangos atveju garso bangas keičiančios medžiagos buvo paprastas plastikas ir oras. Surinktas įrenginys panašus į keletą plastiko plokščių su pasikartojančių skylių raštu, sudėtų vienas ant kito ir sudarančių kažką panašaus į piramidę.

3D akustinės uždangos vaizdas iš arti. Plastiko lapų geometrija ir skylių išsidėstymas paveikia garso bangas taip, jog atrodo, kad objekto nėra visai.

Tam, kad sukurtų iliuziją, kad uždangos nėra visai, ji turi pakeisti garso bangų trajektoriją taip, kad ji atitiktų tokią, lyg atsispindėjusią nuo plokščio paviršiaus. Kadangi garsas paviršiaus, ant kurio stovi įrenginys, nepasiekia, tad nukeliauja trumpesnį kelią ir tam kompensuoti, reikia sumažinti jo greitį.

„Mūsų sukurta struktūra gal ir atrodo visai paprasta,” sakė Cummeris. „Bet galiu patikinti, jog ji daug sudėtingesnė ir įdomesnė, nei atrodo. Įdėjome daug energijos į skaičiavimus, kaip garso bangos turėtų su juo sąveikauti. Nesugalvojom to pernakt.”

Tikrindami uždangą, tyrėjai uždengė ja mažą rutuliuką ir „pypsino” jį trumpais garso impulsais įvairiais kampais. Mikrofonu jie garso bangas užfiksavo ir sukūrė jų sklidimo vaizdą.

Tada Cummeris ir jo komanda palygino šį video su gaunamu lygaus plokščio paviršiaus ir su neapdengtu kamuoliuku. Rezultatas aiškiai rodo kad uždanga sukuria vaizdą, lyg garso bangos būtų atsispindėjusios nuo tuščio paviršiaus.

Nors eksperimentas yra tik paprastas demonstravimas, kad tokia technologija įmanoma ir iki blogojo supergenijaus povandeninės irštvos slėpimo priemonės dar toli, Cummeris tiki, kad ši technika turi keletą potencialių komercinių pritaikymų.

„Atlikome bandymus ore, bet garso bangos panašiai elgiasi ir po vandeniu, tad viena iš galimų panaudojimo sričių yra slėpimasis nuo sonarų,” sakė Cummeris. „Tačiau taip pat tai tinka ir auditorijų ar koncertų salių dizainui – bet kokios erdvės, kur reiki kontroliuoti akustiką. Jei kur nors dėl konstrukcinių ypatumų reikėtų pastatyti stulpą, kuris trukdytų garsui, akustiką tikriausiai eitų ištaisyti jį paslepiant.”

Tyrimą finansavo Laivybos tyrimo biuro Multidisciplininio universitetinio tyrimo iniciatyva (N00014-13-1-0631) ir Armijos tyrimų biuras (W911NF-09-1-00539).

###

„Three-dimensional broadband omnidirectional acoustic ground cloak,” Zigoneanu L., Popa, B., Cummer, S.A. Nature Materials, 2014 kovo 9, DOI: 10.1038/NMAT3901

Parsisiųskite nemokamą publikacijos kopiją (pdf)

   

Facebook komentarai