Метаматериалы, материалы, имеющие сложную структуру или структуру поверхности, уже вовсю используются при создании оптических и электромагнитных устройств сокрытия, способных сделать скрываемые объекты невидимыми в диапазоне видимого света или в различных диапазонах электромагнитных волн. А недавно исследователям из университета Дюка удалось при помощи метаматериала создать первый в мире плащ-невидимку, способный сделать трехмерный объект невидимым для акустических колебаний. Точно также как метаматериалы преломляют свет, заставляя его огибать скрываемый объект, устройство акустического сокрытия заставляет огибать объект звуковые волны.
Группа, возглавляемая Стивеном Каммером (Steven Cummer), профессором электротехники и вычислительной техники, создала акустический плащ-невидимку, используя несколько пластмассовых пластин, усеянных упорядоченной особым образом решеткой отверстий. Эти пластины, изготовленные при помощи трехмерного принтера, скреплены друг с другом, образуя нечто, напоминающее по форме египетскую пирамиду. Геометрия этих пластин и места расположения отверстий позволяют устройству взаимодействовать со звуковыми колебаниями, которые распространяются в пространстве «не замечая» наличия устройства.
Несмотря на внешнюю простоту, создание устройства акустического сокрытия было достаточно сложным занятием, потребовавшим большого количества времени и множества дополнительных исследований. Конечно, основная часть этих исследований проводилась на компьютерных моделях, которые позволили ученым выяснить принципы взаимодействия звуковых волн с метаматериалами различных типов.
Для проверки работоспособности созданного устройства ученые взяли некий сферический объект и накрыли его «пащом-невидимкой». После этого они начали воздействовать на устройство звуковыми волнами, излучаемыми из различных точек пространства и распространяющимися в различных направлениях. Результаты взаимодействия звуковых волн с устройством сокрытия определялись при помощи высокочувствительных микрофоном, а собранные данные позволили создать визуализацию процессов распространения звуковых волн и их взаимодействия с устройством сокрытия.
Полученные результаты показали, что акустический плащ-невидимка заставил звуковые волны вести себя так, будто бы они отразились от абсолютно плоской поверхности, без малейших намеков на присутствие объекта сферической формы. И в отличие от акустического плаща-невидимки, разработанного недавно исследователями Технологического института Карлсруэ, Германия, который работает только в двух измерениях, устройство, разработанное в университете Дюка, работает в трехмерном пространстве, независимо от местоположения источника звука и направления распространения звуковых волн.
«Мы проводили наши исследования в воздушной среде, но звуковые волны распространяются по одним и тем же законам в среде других газов и в жидкостях. Поэтому, одно из возможных применений разработанной нами технологии — это системы защиты подводных объектов от обнаружения при помощи гидролокатора, сонара» — рассказывает Стивен Камер, — «Кроме того, элементы, созданные на принципах акустического плаща-невидимки, могут быть эффективно использованы для улучшения звучания в аудиториях и в концертных залах. Если в каком-либо месте создается отраженный звук или стоячая звуковая волна, ухудшающие качество звука, то их достаточно просто подавить при помощи акустического плаща-невидимки».
Источник:
