211service.com
Pirmais akustiskais superobjektīvs
Dažu pēdējo gadu laikā pētnieki ir izstrādājuši vairākus materiālus, kas saliek gaismu tā, lai tas, šķiet, pārkāpj fizikas likumus, radot tā sauktās superlēcas īpaši augstas izšķirtspējas optiskai attēlveidošanai, kā arī neredzamības apmetņus. Tagad pētnieki ir pierādījuši, ka tāda paša veida attēlus un maskēšanas ierīces var izveidot ar skaņu, nevis gaismu. Izmantojot pirmo jebkad ražoto akustisko metamateriālu, pētnieki varēja fokusēt ultraskaņas viļņus. Tas ir nozīmīgs solis ceļā uz augstas izšķirtspējas ultraskaņas attēlu un maskēšanas ierīču izveidi, kas spēj paslēpt kuģus no sonāra.
Fokusā : piepildot ar ūdeni, šīs alumīnija plāksnes caurumi darbojas kā rezonējoši dobumi, kas var fokusēt ultraskaņas viļņus.
Akustiskās lēcas var likt fokusēt skaņu tāpat kā mikroskopa lēca fokusē gaismu. Bet fiziķu spēju strādāt ar abu veidu viļņiem ierobežo izkliedes efekti, ko sauc par difrakciju. Izmantojot parastās lēcas, nav iespējams fokusēt gaismas viļņus vai skaņas viļņus līdz punkta izmēram, kas ir mazāks par pusi no gaismas viļņa garuma. Lai apietu šos ierobežojumus, objektīvam ir jālauž vai burtiski jāsaliek gaisma atpakaļ. Nevienam dabā sastopamam materiālam nav negatīvs refrakcijas indekss, taču daži materiāli, kas rūpīgi izstrādāti laboratorijā, saukti par metamateriāliem, ir. Tos pašus rīkus, ko izmanto, lai izgatavotu materiālus, kas spēj fokusēt gaismas vai skaņas viļņus, pārsniedzot difrakcijas robežu, nodrošinot augstas izšķirtspējas attēlveidošanu, var izmantot arī tādu materiālu izgatavošanai, kas panāk pretējo, maskējot objektu, ap to novirzot gaismu vai skaņu.
Teorētiķi vairākus gadus ir strādājuši pie materiāliem, kas saliek skaņas viļņus atpakaļ. Šādu metamateriālu tagad ir izveidojis Nikolass Fans , mehāniskās zinātnes un inženierzinātņu docents Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign. Viņa grupas skaņas fokusēšanas ierīce ir šauru kaklu rezonējošu dobumu alumīnija masīvs, kura izmēri ir pielāgoti mijiedarbībai ar ultraskaņas viļņiem. Dobumi ir piepildīti ar ūdeni. Fangs tos salīdzina ar virkni pūšaminstrumentu, piemēram, ērģeļu caurulēm. Kad ultraskaņas viļņi pārvietojas pa masīvu, dobumi rezonē tā, ka skaņa ir fokusēta. Dobumi darbojas kopā, lai lauztu skaņu, saka Fangs.
Tas ir liels solis uz priekšu akustiskajiem metamateriāliem, saka Stīvens Kamers , Djūka universitātes elektrotehnikas un datortehnikas asociētais profesors. Cummer bija iesaistīts pirmās optiskās maskēšanas ierīces izstrādē. Viņš saka, ka tas ir labs eksperimentāls apstiprinājums tam, ka elektromagnētiskās idejas var attiecināt arī uz akustiku. Nebija viegli izdomāt labu veidu, kā to izdarīt eksperimentāli.
Ultraskaņas sistēma, kas aprakstīta žurnālā Fiziskās apskates vēstules , vēl nav pārsniedzis difrakcijas robežu. Taču pētnieki sagaida, ka Fangs to drīz pārspēs. Esmu pārliecināts, ka mums nebūs ilgi jāgaida, saka Džons Pendrijs , teorētiskās cietvielu fizikas profesors Londonas Imperiālajā koledžā, kurš izstrādāja materiālus, ko izmantoja Duke pētnieki, lai izgatavotu pirmo neredzamības apmetni.
Ir daudz svarīgu lietojumprogrammu, kas gaida veiksmīgu zemviļņa garuma akustisko fokusēšanas ierīci, saka Pendrijs. Fang saka, ka pirmais akustisko metamateriālu pielietojums, visticamāk, būs augstas izšķirtspējas klīniskajā ultraskaņas attēlveidošanā. Neiesūknējot audos vairāk enerģijas, varat nodrošināt asāku attēlu. Tomēr viņš atzīmē, ka lietojumprogrammas ir izeja. Mēs esam pabeiguši fokusēšanu, bet vēl neveicam attēlu veidošanu, saka Fangs.