Новый метаматериал формирует и фокусирует звук

Эти отдельные "кирпичики", собранные вместе в определённую конструкцию, образуют суперматериал, который способен фокусировать звук.

Фото Interact Lab, University of Sussex.

Подложка для конструирования акустического фильтра.

Фото Interact Lab, University of Sussex.

Представьте себе, что поздно вечером вы включаете на полную громкость песню любимой группы, но соседи не спешат стучать по батареям и звонить в полицию – музыку слышно только в районе вашего кресла, а в остальной части дома царит тишина. Британские физики нашли способ воплотить такую технологию в жизнь.

Метаматериалы, чьи свойства определяет не столько состав, сколько особая искусственно созданная структура, постоянно становятся героями новостей проекта "Вести.Наука". В частности, мы писали о "плаще-невидимке", который корректирует отражение света и таким образом прячет силуэты накрытых им предметов, а также о "метакоже", которая особым образом преобразует радиоволны и скрывает объекты от радаров.

Теперь исследователи из Сассекского и Бристолького университетов решили проделать похожий трюк со звуком. Разработанный ими материал способен фокусировать проходящие через него звуковые волны в узкий луч и направлять его в строго ограниченную область пространства.

Команда под руководством доктора Джанлуки Мемоли (Gianluca Memoli) экспериментировала с небольшими полимерными блоками, напечатанными на 3D-принтере. Внутри каждого такого элемента проходит извилистый полый канал, двигаясь по которому звуковые волны замедляются.

Подложка для конструирования акустического фильтра.
Подложка для конструирования акустического фильтра.
Фото Interact Lab, University of Sussex.

"Наши блоки из метаматериала могут быть легко напечатаны на принтере, а затем собраны вместе, подобно набору "сделай сам", чтобы сформировать любое звуковое поле, которое только можно себе представить, – рассказывает Мемоли в пресс-релизе.

Учёные изготовили шестнадцать вариантов "кирпичиков" с каналами разной формы и длины, а затем особым образом упорядочили их на пластиковой рамке, которую поместили поверх динамика, испускающего звуки. Сначала они сформировали панель для создания звукового поля из всех шестнадцати типов блоков. Но затем разработчики значительно упростили конструкцию, задействовав лишь половину вариантов.

В результате им удалось трансформировать звук над поверхностью колонки и создать узконаправленное звуковое поле. Во время демонстрации работы такой системы исследователи помещали внутрь "звукового луча" крошечный пенопластовый шарик, который зависал в воздухе.

Новый метаматериал может быть использован для решения самых разных задач от упомянутой направленной акустики до точечной фокусировки ультразвука в медицинских приборах. Последнее можно использовать, например, для разрушения опухолей, спрятанных в глубине тела или для воздействия на определённые зоны головного мозга. В любом случае недорогой акустический фильтр может быть установлен на уже имеющееся оборудование, что значительно упростит коммерциализацию технологии.

Более подробно с результатами исследования можно познакомиться, прочитав статью, опубликованную в журнале Nature Communications.