211service.com
Pierwsze supersoczewki akustyczne
W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy opracowali kilka materiałów, które zaginają światło w sposób, który wydaje się naruszać prawa fizyki, tworząc tak zwane supersoczewki do obrazowania optycznego o ultrawysokiej rozdzielczości, a także peleryny niewidki. Teraz naukowcy wykazali, że ten sam rodzaj obrazów i urządzeń maskujących można wykonać za pomocą dźwięku zamiast światła. Wykorzystując pierwszy kiedykolwiek wyprodukowany metamateriał akustyczny, naukowcy byli w stanie skupić fale ultradźwiękowe. Stanowi to znaczący krok w kierunku tworzenia obrazów ultradźwiękowych o wysokiej rozdzielczości i urządzeń maskujących zdolnych do ukrycia statków przed sonarem.
W centrum uwagi : Po napełnieniu wodą otwory w tej aluminiowej płycie działają jak wnęki rezonansowe, które mogą skupiać fale ultradźwiękowe.
Soczewki akustyczne mogą skupiać dźwięk w podobny sposób, jak soczewka w mikroskopie skupia światło. Jednak zdolność fizyków do pracy z obydwoma rodzajami fal jest ograniczona przez efekty rozpraszania zwane dyfrakcją. Używając konwencjonalnych soczewek, nie jest możliwe skupienie fal świetlnych lub dźwiękowych na plamce o wielkości mniejszej niż połowa długości fali światła. Aby obejść te ograniczenia, soczewka musi załamywać się, czyli dosłownie zaginać światło do tyłu. Żadne naturalnie występujące materiały nie mają ujemnego współczynnika załamania światła, ale niektóre materiały starannie zaprojektowane w laboratorium, zwane metamateriałami, mają. Te same narzędzia, których używa się do wytwarzania materiałów, które mogą skupiać fale świetlne lub dźwiękowe poza granicę dyfrakcji, umożliwiając obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, mogą być również używane do tworzenia materiałów, które osiągają coś przeciwnego, maskując obiekt poprzez kierowanie światła lub dźwięku wokół niego.
Teoretycy od kilku lat pracują nad materiałami zaginającymi fale dźwiękowe do tyłu. Taki metamateriał został teraz zbudowany przez Nicholas Fang , adiunkt nauk mechanicznych i inżynierii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Urządzenie skupiające dźwięk jego grupy to aluminiowa tablica wąskich wnęk rezonansowych, których wymiary są dostrojone do interakcji z falami ultradźwiękowymi. Wnęki są wypełnione wodą. Fang porównuje je do szeregu instrumentów dętych, takich jak piszczałki w organach. Kiedy fale ultradźwiękowe przechodzą przez matrycę, wnęki rezonują, dzięki czemu dźwięk jest skupiony. Wnęki współpracują ze sobą, załamując dźwięk, mówi Fang.
To duży krok naprzód dla metamateriałów akustycznych, mówi Stevena Cummera , profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej na Duke University. Cummer był zaangażowany w opracowanie pierwszego optycznego urządzenia maskującego. To dobre eksperymentalne potwierdzenie, że idee z elektromagnetyzmu można rozszerzyć na akustykę, mówi. Znalezienie dobrego sposobu na eksperymentalne wykonanie tego nie było łatwe.
System USG opisany w czasopiśmie Fizyczne listy kontrolne , nie przekroczyła jeszcze granicy dyfrakcji. Ale naukowcy spodziewają się, że Fang wkrótce go pokona. Jestem pewien, że nie będziemy musieli długo czekać, mówi John Pendry , profesor teoretycznej fizyki ciała stałego w Imperial College London, który zaprojektował materiały wykorzystywane przez naukowców z Duke do wykonania pierwszej peleryny-niewidki.
Jak mówi Pendry, istnieje wiele ważnych zastosowań, które czekają na udane urządzenie do akustycznego skupiania na długości fal podfalowych. Według Fang pierwsze zastosowanie metamateriałów akustycznych będzie prawdopodobnie dotyczyło klinicznego obrazowania ultrasonograficznego o wysokiej rozdzielczości. Bez pompowania większej ilości energii w tkankę możesz uzyskać ostrzejszy obraz. Zauważa jednak, że wnioski są odległe. Zrobiliśmy ogniskowanie, ale jeszcze nie obrazowanie, mówi Fang.