Создан структурированный материал, который изгибает, изменяет форму и фокусирует фронт звуковых волн, которые через него проходят.
Открытие раздвигает границы области применения метаматериалов - нового класса тонко сконструированных поверхностей, которые бросают вызов природе.
Эти материалы уже показали замечательные результаты в управлении светом, давая в руки ученых инструмент для создания в реальной жизни, например, плаща-невидимки Гарри Поттера.
Теперь команда исследователей из университета Сассекса и Бристольского университета показала, что они также могут работать со звуковыми волнами, что может трансформировать ряд областей от медицинских исследований до бытовой звукозаписи.
Тонко структурированные звуковые поля используются в медицинской визуализации и терапии, а также в большом числе бытовых и специальных инструментов, таких как аудиопрожекторы и ультразвуковые щупы. Исследование, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует простой и дешевый способ создания этих специальным образом сформированных звуковых волн с помощью акустических метаматериалов.
Совместная исследовательская группа собрала слой метаматериала из множества небольших универсальных компонентов, каждый из которых охватывает небольшой объем пространства. Компоненты заданным образом замедляют звук внутри себя, что означает, что входящей звуковой волне может быть придана любая требуемая форма.
Слои нового метаматериала могут быть использованы во многих отраслях. Так, конструкции с большим размером охватывающих элементов могут быть использованы для направления или фокусировки звука в определенном месте и образования «горячей аудио-точки». Более мелкоструктурированные версии материала могут быть использованы для фокусировки ультразвука с целью повышения его интенсивности для разрушения опухолей глубоко в теле. Для этого слой метаматериала может быть подстроен под тело конкретного пациента и настроен для фокусировки ультразвуковых волн туда, где они наиболее необходимы. В обоих случаях слой метаматериала может быть установлен уже в акустических системах существующей технологии, быстро и дешево.
Метаповерхность собирается из слоя таких «метакирпичиков».
Пространственные изгибы в «кирпичиках» действуют для замедления звуковых волн, а это означает, что они могут быть преобразованы в любое необходимое звуковое поле.
Д-р Джанлука Мемоли, из лаборатории взаимодействий университета Сассекса, который возглавлял исследование: "Наши структурные блоки метаматериала могут быть напечатаны на 3D-принтере и затем собраны вместе, чтобы сформировать любое звуковое поле, какое только можно себе представить. Мы также показали, как это может быть достигнуто при помощи лишь небольшого числа разновидностей блоков. Вы можете думать о коробке наших кирпичиков метаматериала как о наборе «сделай сам» для акустики».
Профессор Шрирам Субраманьян, руководитель лаборатории взаимодействий университета Сассекса, добавил: "Мы хотим создать акустические устройства, которые манипулируют звуком с той же легкостью и гибкостью, с которой ЖК-дисплеи и проекторы управляют светом. Наше исследование открывает дверь к новым акустическим. Устройствам, комбинирующим явления дифракции, рассеяния и рефракции, а также позволяет добиться дальнейшего развития полностью цифровых пространственных звуковых модуляторов, которые можно будет контролировать в реальном времени с минимальными затратами ресурсов."
Брюс Дринквотер, профессор ультразвуковых технологий университета Бристоля, также пояснил: «В будущем я думаю, найдется много интересных применений этой технологии. В настоящее время мы работаем над метаматериалом с динамической реконфигурирацией слоев. Это будет означать, что мы можем сделать дешевую систему визуализации, которую можно будет использовать для медицинской диагностики или обнаружения трещин в деталях".
Источник: http://www.sussex.ac.uk/broadcast/read/39354