Ученые, при помощи специализированных метаматериалов, научились "закручивать" звуковые волны
Исследовательская группа, в состав которой входят ученые из Китая и Америки, создала универсальное акустическое устройство, названное ротатором акустического поля (acoustic field rotator), которое позволяет управлять звуковыми колебаниями, точнее не самими колебаниями, а фазой, амплитудой и направлением распространения акустической волны. Ученым удалось реализовать возможности контроля параметров акустической волны при помощи специального метаматериала, искусственного материала, имеющего рассчитанную сложную структуру и определенную форму поверхности, что придает такому материалу некоторые экзотические свойства, которыми не обладают материалы естественного происхождения.
"Ученые, проводящие многочисленные научно-исследовательские работы в области создания технологий невидимости, широко используют метаматериалы различных типов, позволяющие управлять процессами распространения колебаний" - рассказывает Джиэн-чун Чен (Jian-chun Cheng), профессор из Отдела физики института акустики Наньцзинского университета, - "Наш ротатор акустического поля можно также считать своего рода акустическим плащем-невидимкой, ведь он способен заставить акустические волны огибать объект, скрывая его, к примеру, от акустического зондирования".
Ученые из различных уголков земного шара уже добились успехов в создании подобных ротаторов, позволяющих закручивать электромагнитные волны, потоки света и колебания, происходящие в объеме жидкостей. "Акустические волны представляют собой еще один фундаментальный вид колебаний, которые крайне широко используются в нашей повседневной жизни. Устройство, позволяющее манипулировать акустическими колебаниями, может оказаться очень полезным во множестве областей, начиная от звуковой техники и заканчивая медициной" - рассказывает профессор Чен.
Произведя ряд математических расчетов соответствующих моделей, ученые получили структуру метаматериала, который позволяет влиять на некоторые характеристики звуковых волн. И для подтверждения своей теории они изготовили из этого метаматериала ротатор акустического поля, хотя область применения нового акустического метаматериала не ограничивается только этим устройством.
"Мы были удивлены, обнаружив, что используемый метаматериал на самом деле обладает всеми расчетными свойствами. С его помощью можно заставить акустические волны вращаться, подобно тому, как это было проделано ранее с электромагнитными волнами или колебаниями жидкостей. Таким образом, звук тоже вступил в "члены клуба" видов колебаний, подвластных контролю со стороны людей".
Основной область применения ротатора акустического поля ученые считают область медицинского ультразвукового зондирования, которая требует высокого уровня контроля над излучаемыми ультразвуковыми волнами. Использование вращающихся звуковых волн может обеспечить разрешающую способность и контрастность получаемых изображений, что позволит медикам более тщательно исследовать внутренние повреждения различного характера и диагностировать некоторые виды заболеваний без необходимости хирургического вмешательства.
Устройство, созданное учеными, является лишь примитивным акустическим устройством, выполняющим одну определенную функцию. Но в недалеком будущем ученые собираются разработать ряд устройств, выполняющих другие функции или несколько функций одновременно. Эти устройства станут "строительными кирпичиками" для создания сложных акустических систем, способных творить со звуком все что угодно и выполнять при его помощи множество необходимых действий.