17.03.2014 | Наука

Ученые показали акустическую "шапку-невидимку"

С помощью нескольких листов перфорированного пластика инженерам из университета Дьюка (Duke University) удалось создать первую в мире трёхмерную акустическую "шапку-невидимку".

Новое устройство перенаправляет звуковые волны, создавая впечатление, что ни "шапки", ни предметов под ней на самом деле нет.

Устройство акустической маскировки работает во всех трёх измерениях, то есть неважно, в каком направлении идёт звук или где находится наблюдатель. Возможно, в будущем подобное устройство может стать средством укрытия от сонаров и локаторов.

"Благодаря этому устройству мы скрываем объект от звуковых волн, – рассказывает Стивен Каммер (Steven Cummer), профессор электротехники и вычислительной техники из университета Дьюка. – Когда звуковые волны доходят до этой шапки (и объекта, расположенного под ней), они начинают вести себя так, словно на их пути ровная поверхность".

Для достижения своей цели Каммер и его коллеги обратились к развивающейся области метаматериалов − комбинации натуральных материалов с повторяющимися структурами, используемых для достижения неестественных свойств. В данном случае материалы, которые манипулируют поведением звуковых волн, − всего лишь пластик и воздух. Устройство представляет собой несколько полимерных пластин с повторяющимся узором отверстий, наложенных друг на друга в форме пирамиды.

Чтобы создать необходимую иллюзию, маскирующая конструкция должна изменять траекторию волны (то есть траектория должна быть так, словно звуковая волна отражается от плоской поверхности).

"Спроектированная нами структура выглядит очень просто, – говорит Каммер. – Но она намного сложнее и интереснее, чем кажется. Нам пришлось потратить много времени на расчёты взаимодействия звуковой волны с нашим изобретением".

Чтобы проверить способности устройства к маскировке, исследователи спрятали под ним небольшой шар, а затем "обстреляли" его короткими "очередями" звуковых импульсов с различных углов. С помощью микрофона они зафиксировали реакцию волн на "шапку-невидимку" и сделали визуализацию их путешествия по воздуху. Затем они сравнили эту запись с реакцией волн на беспрепятственную плоскую поверхность, а также с реакцией на непокрытый шар, блокирующий их путь. Результаты ясно показывают, что устройство маскировки заставляет волны вести себя так, словно они отразились от ровной поверхности.

По мнению Каммера, данный метод можно использовать во многих коммерческих приложениях.

"Мы проводили эксперименты на воздухе, но звуковые волны ведут себя аналогично под водой: очевидно, такая "шапка-невидимка" поможет спрятаться от сонаров, – говорит учёный. – Вполне возможно, что с его помощью можно будет контролировать и архитектурную акустику, например, использовать при дизайне аудиторий или концертных залов. Тогда никакие сторонние воздействия не смогут испортить звучание".

Подробности исследования были опубликованы в издании Nature Materials.

По публикациям UkrNet