Ученые открыли новый способ «запирания» звуковых волн. Они разработали метод создания акустических «бутылок» в открытом пространстве, которые могут изменять траекторию звуковых волн, направляя их по заданным выпуклым траекториям.
Как ученые открыли новый способ «упаковывать» звуковые волны
Звуковые волны во многом похожи на световые. Они движутся по прямой, пока не столкнутся с каким-либо объектом. На самом деле их траекторию можно изменить с помощью отражения, дифракции или преломления. На этом принципе основана ультразвуковая медицинская визуализация и неразрушающий контроль материалов. В последние годы ученые ищут способы изменять траекторию звуковых волн, чтобы удовлетворить более строгие требования, предъявляемые к визуализации сверхвысокого разрешения и другим областям применения. Несмотря на то, что «метаматериалы» были созданы для того, чтобы достаточно эффективно преломлять звуковые волны, природа этих материалов накладывает ограничения на их применение.
Поэтому ученые решили подробнее изучить звуковые волны, чтобы создать новую технологию. Они разработали акустическую «бутылку» с трехмерной изогнутой оболочкой, в которой стена с высоким акустическим давлением окружает область с нулевым давлением в центре. Звуковые волны, образующие «бутылку», концентрируются в луч, который проходит через стенку с высоким давлением в изогнутой оболочке.
«Нам нужно найти способы изгибать акустические волновые поля, не прибегая к использованию высокотехнологичных материалов, — заявил Сян Чжан, директор отдела материаловедения Лаборатории Беркли, в пресс-релизе. — С помощью нашей технологии бутылочных лучей мы можем проектировать и синтезировать акустические бутылки, способные направлять звуковые волны по траекториям с нужной кривизной в однородном пространстве без использования метаматериалов или каких-либо других высокотехнологичных материалов».
Чем это может помочь в жизни
Так чем же эти «бутылочные лучи» могут быть полезны исследователям? Они могут открыть новые возможности для применения в тех областях, где требуется доступ к труднодоступным объектам, скрытым за препятствиями, например для акустической визуализации и терапевтического ультразвука в неоднородных средах. Кроме того, акустическую «бутылку» можно использовать в качестве маскировочного устройства, перенаправляя звуковые волны вокруг объекта.
«Эти гигантские акустические ловушки могут привести к появлению новых технологий и устройств для различных областей применения в химии, материаловедении, а также в биологических науках», — говорит Суй Ян, автор статьи, в которой описан этот метод.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.