Naujai sukurtas “apsiaustas” paslepia po vandeniu esančius objektus nuo hidrolokatorių

„Mes nekalbame apie mokslinė fantastiką. Mes kalbame apie garso bangų kontroliavimą jas užlenkiant bei iškreipiant jų sklidimo kryptį nagrinėjamoje erdvėje,“ - pasakė grupės vadovas Nikolasas Fangas (Nicholas Fang), kuris yra mechanikos mokslų ir inžinerijos profesorius. „Tai tikrai ne magija, kuria naudojosi Haris Poteris.“

Medžiagos, kurios gali nukreipti garso bangą aplink objektą, o ne atspindėti ir sugerti, teoriškai buvo žinomos jau keletą metų. Tačiau šios idėjos realizavimas vis dar nebuvo pasiekiamas. Straipsnyje, atspausdintame Physical Review Letters žurnale, Fango grupė aprašo jų sukurtą įrenginį, galintį paslėpti povandeninį objektą nuo plataus diapazono garso bangų.

„Apsiaustas“ pagamintas iš taip vadinamos metamedžiagos, t. y. medžiagos, kuri turi labiau išreikštas savybes dėl kruopščiai parinktos konstrukcijos. Mokslininkų grupė sukūrė dviejų matmenų cilindrinį „apsiaustą“, sudarytą iš 16 koncentrinių akustinės grandinės žiedų, skirtų nukreipti garso bangas. Kiekvienas žiedas pasižymi skirtingu lūžio indeksu, reiškiančiu, kad kinta garso bangų greitis einant nuo išorinių žiedų prie vidinių.

„Iš principo tai, ką jūs matote tėra tik daugybė koncentriškų įpjovų, sujungtų kanalais. Garsas sklinda šiais kanalais, o įpjovos skirtos lėtinti bangas,“ - pasakė Fangas. „Kai garso banga sklinda link žiedų centro, jos greitis didėja“. Kadangi greičio didinimui reikalinga energija, tai bangos į vidinius žiedus nepatenka, o juda „apsiausto“ išoriniais žiedais. Tokiu būdu specialiai sukonstruotos akustinės grandinės užlenkia garso bangą, kad ji sklistų išoriniais „apsiausto“ sluoksniais.

Mokslininkai patikrino jų sukurto „apsiausto“ savybes, paslėpdami vandenyje plieninį cilindrą. Cilindras buvo patalpintas į rezervuarą su vandeniu. Viename rezervuaro gale buvo įmontuotas ultragarso šaltinis, o kitame gale – jutiklių grupė, kurie turėjo registruoti cilindrą, esantį „apsiausto“ viduje. Smalsaudami jie taip pat išbandė, ar objekto struktūra yra svarbi jį slepiant po „apsiaustu“. Buvo atlikti bandymai su įvairiausios formos ir tankio medžiagomis, jas talpinant į vandenį bei „apsiaustą“.

„Daikto, kurį jūs norite paslėpti, konstrukcija nėra svarbi,“ - pasakė Fangas. „Efektas visais atvejais yra panašus. Kai tik mes apgaubiame objektą su „apsiaustu“, objekto sklaida ir jo metami šešėliai stipriai sumažėja.“

Akustinio „apsiausto“ ypatinga savybė yra jo veikimas plačiame garso bangų ilgių diapazone. „Apsiaustas“ gali paslėpti daiktus nuo ultragarso bangų 40-80 kHz diapazone. Teoriškai būtų galima pasiekti ir dešimtis megahercų. „Šis efektas stebimas ne tik prie tam tikro garso bangos dažnio,“ - pasakė Fangas. „Apsiausto dizainas nėra teoriškai pritaikytas tik tam tikram bangos ilgiui.“

Kitame tyrimų etape, mokslininkai planuoja išnagrinėti, kaip jų sukurta technologija gali būti pritaikyta įvairiose srityse. Pavyzdžiui, ultragarsas ir kitos akustinio atvaizdavimo technikos plačiai naudojamos medicinos praktikoje. Tačiau įvairūs daiktai kūne gali būti interferencijos priežastimi ir sugadinti atkuriamą vaizdą. Tvarstis ar apsauginis ekranas iš metamedžiagos, galėtų efektyviai paslėpti problemišką sritį taip, kad skeneris būtų sėkmingai sufokusuotas į tiriamą objektą.

Sukurta technologija galėtų veikti ir netiesinės akustikos reiškinius. Problema, su kuria susiduria greitai judantys povandeniniai objektai yra kavitacija, t. y. burbuliukų formavimasis aplink objektą. Fangas ir jo grupė mano, kad jie galėtų panaudoti jų sukonstruoto akustinio „apsiausto“ savybes tam, kad subalansuotų energiją tose srityse. Pavyzdžiui, būtų galima slopinti susidarančius sūkurius apie propelerį.