前沿科技之二維聲學(xué)隱形裝置可在聲吶下隱形

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據(jù)美國(guó)物理學(xué)組織網(wǎng)報(bào)道，日前，美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)科學(xué)家最新研究顯示，一種新型聲學(xué)隱形外罩可達(dá)到聲覺隱形效果。這款新穎裝置的設(shè)計(jì)者是該大學(xué)機(jī)械科學(xué)和工程系教授尼古拉斯-方(Nicholas Fang)，他帶領(lǐng)研究人員設(shè)計(jì)的聲學(xué)隱形裝置，可使聲吶及其它超聲波都無(wú)法探測(cè)到。
) e" Q% ?3 `6 l) p 二維圓柱外罩是由16個(gè)聲音波路構(gòu)成的同心環(huán)結(jié)構(gòu)，可引導(dǎo)聲波的方向
尼古拉斯說(shuō)：“我們并不探討科幻情節(jié)，我們是正在討論如何在一個(gè)特定的空間內(nèi)控制聲波，使其發(fā)生彎曲和扭曲現(xiàn)象。這并非是哈利-波特的魔法！”多年以來(lái)，雖然理論上可能存在讓物體周圍的聲音彎曲而不反射或者吸收的材料，但真實(shí)地設(shè)計(jì)完成這一材料仍有很大難度。尼古拉斯研究小組發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇文章中詳細(xì)介紹了他們最新研究的可行性原理，證實(shí)該聲學(xué)隱形外罩能夠遮擋較寬的聲波范圍。
聲學(xué)隱形外罩是由一種超材料制造，這是一種采取特殊工藝結(jié)構(gòu)制造的人工材料，尼古拉斯研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)二維圓柱外罩，它是由16個(gè) 聲音波路構(gòu)成的同心環(huán)結(jié)構(gòu)，可引導(dǎo)聲波的方向。每個(gè)環(huán)具有不同的折射指數(shù)，這將意味著聲波速度將從外環(huán)至內(nèi)環(huán)發(fā)生變化。尼古拉斯說(shuō)：“基本上你所看到的一 系列洞槽都是由隧道連接，聲音將在這些隧道中傳播，洞槽設(shè)計(jì)是用于減緩聲波。當(dāng)聲波繼續(xù)傳播進(jìn)入內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，速度便會(huì)越來(lái)越快。”
由 于聲波加速需要能量，因此聲波將改變?yōu)檠赝庹滞猸h(huán)傳播，在聲音線路內(nèi)通過(guò)隧道引導(dǎo)。這種構(gòu)造的聲學(xué)線路實(shí)際上就是使聲波發(fā)生彎曲，使其在隱形外罩的外層環(huán) 繞。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員在一個(gè)鋼筒內(nèi)測(cè)試隱形外罩的能力，他們將鋼筒放入一個(gè)水箱中，水箱一側(cè)有一個(gè)超聲波源，另一側(cè)裝著一個(gè)傳感器陣列。之后，他們將隱 形外罩遮住鋼筒，此時(shí)聲吶便無(wú)法探測(cè)到該鋼筒。考慮到是否隱形目標(biāo)結(jié)構(gòu)是否對(duì)覆蓋現(xiàn)象具有重要作用，研究人員對(duì)其它各種不同形狀和密度的物體進(jìn)行了測(cè)試。 尼古拉斯說(shuō)：“無(wú)論你試圖隱形的物體是什么，其效果都是差不多的。我們將聲學(xué)隱形外罩蓋著隱形目標(biāo)之后，物體的散射和陰影效果將顯著弱化。”
目前，這種聲學(xué)隱形外罩可以覆蓋較寬等級(jí)的聲波，該隱形裝置可實(shí)現(xiàn)40千赫至80千赫波段范圍下隱形，預(yù)計(jì)對(duì)該裝置改良處理之后可覆蓋至數(shù)十兆波長(zhǎng)范圍。尼古拉斯說(shuō)：“這并不僅僅是一種簡(jiǎn)單的波長(zhǎng)效應(yīng)，你不會(huì)擁有一件能夠改變聲波頻率的隱形衣。”
下 一步他們計(jì)劃將這項(xiàng)最新技術(shù)投入應(yīng)用領(lǐng)域，其中包括：軍事秘密行動(dòng)、隔音和醫(yī)療衛(wèi)生等。例如，盡管超聲波和其它聲學(xué)成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，但人體 內(nèi)許多物質(zhì)仍對(duì)此產(chǎn)生干擾，并破壞超聲波圖像效果。一種使用超級(jí)材料制造的繃帶或者防護(hù)物體能夠有效地隱形一些不必要的區(qū)域，從而使掃描儀能夠更好地聚焦 于特定區(qū)域。同時(shí)，這項(xiàng)聲學(xué)隱形技術(shù)還可以干擾非線性聲學(xué)現(xiàn)象。

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