Просверлив отверстия в куске ПВХ и наполнив их мягким пластиком, ученые из Германии создали устройство, которое может эффективно делать объекты невидимыми для звуковых волн. Выполнение акустической «мантии-невидимки» превосходит существующие электромагнитные устройства и может открыть новые способы управления волнами, включая развитие защит от сейсмических волн.
Плащи-невидимки, разработаны для сокрытия объектов от глаз, вызывая волны, которые вместо того, чтобы рассеиваться на объекте, обходят его, как будто объекта и не было. Большая часть исследований в этой области на сегодняшний день сосредоточена на электромагнитной маскировке, и включает изготовление устройства, которое уменьшает микроволновое рассеяния вблизи медного цилиндра и изготовление «плащ-ковра» из минерала кальцита, который может скрыть объекты, расположенные на поверхности.
Техника преобразования оптики, которая используется для разработки и создания электромагнитного устройства также может быть использована для разработки маскировки от других видов волн. В 2009 году Стефан Енох (Stefan Enoch) из института Френеля в Марселе, Франция, и его коллеги выдвинули теоретические построения для акустического плаща, сделанного из концентрических колец из материалов с различными значениями упругости (модуль Юнга), и теперь упрощенная версия этого устройства сделана.
Концентрические кольца
Работу выполнили Мартин Вегенер (Martin Wegener), Николя Штенгер (Nicolas Stenger) и Манфред Вильгельм (Manfred Wilhelm) из Технологического института в Карлсруэ, Германия, которые сделали плащ диаметром 15 см, толщиной 1 мм, как диск из поливинилхлорида (ПВХ), в котором они протравили отверстия, в виде расположенных 20 концентрических колец. Круговая область в центре диска имеет размер чуть больше монеты в два евро. В этом месте расположенный элемент и был скрыт. Заполнив отверстия полидиметилсилоксаном (PDMS) и варьируя размер и расстояние между отверстиями от кольца к кольцу, исследователи смогли менять модуль Юнга по диску таким образом, что упругие (звуковые) волны в определенном диапазоне частот приближаясь к диску огибали центральную область, а затем восстанавливались как, если бы не было никакого препятствия на пути.
Модуль Юнга определяет скорость звуковых волн в материале, и, изменяя ее по диску, исследователи были в состоянии манипулировать падающими волнами так, что их скорость по направлению к центру плаща стремилась к нулю, а их скорость к периферии плаща увеличивалась. Это позволило волнам огибать центральную область и достигать противоположной стороны плаща так же быстро, как они сделали бы это, если бы не было плаща. «Не существует никакой разницы во времени и направлении новых волн», говорит Вегенер. «Так что ситуация ничем не отличается от отсутствия чего-либо на пути.»
Чтобы проверить свою идею, исследователи поместили громкоговоритель на одном конце листа ПВХ в центре которой они вырезали плащ. Затем они записали распространение звуковых волн при пересечении листа с помощью стробоскопического освещения и камеры расположенной выше. Исследователи сделали то же самое с листом, содержащим только центральное препятствие и обнаружили, что на частотах между 200-400 Гц наличие плаща позволило волнам распространяются по существу так, как если бы и не было препятствия на пути, в то время без плаща волны были разбиты на препятствии.
Простой и впечатляющийх
Джон Пендри (John Pendry) из Имперского колледжа в Лондоне, который выдвинул первым проект для электромагнитного плаща-невидимки, описывает последние результаты как «впечатляющие достижения». Он говорит, что «управление звуком пока еще отстает от оптических достижений в этом же направлении», но отмечает, что ряд исследовательских групп в настоящее время создают акустические плащи. Ульф Леонард (Ulf Leonhardt) из Университета Сент-Эндрюс в Великобритании, который также проектировал плащ-невидимку, подчеркивает простоту нового устройства. «Я всегда поражаюсь, как много можно сделать только путем сверления некоторых отверстий в пластике», говорит он.
В статье, сопровождающей документ с описанием работы, Росс МакФедран (Ross McPhedran) из Университета Сиднея в Австралии и Александр Мовчан (Alexander Movchan) из Ливерпульского университета в Великобритании говорят, что группа Вегенера «представила самую яркую демонстрацию эффективной маскировки до сих пор имевшуюся в литературе до этого». Они отмечают, что устройство не только оставляет проходящую волновую картину еще более нетронутой, чем любой другой плащ, построенный к настоящему моменту, но и, что оно обладает наибольшей полосой пропускания - одна октава, которая с точки зрения электромагнитных волн больше, чем было бы необходимо, чтобы охватить весь видимый спектр. Они говорят также, что интервал модулей Юнга в плаще - в три порядка - это «очень эффективно загибает волны вокруг препятствий и будет трудно, если не невозможно, добиться того же в соответствующей оптической ситуации». Они подчеркивают еще одно преимущество,- устройство может быть сделано с помощью прецизионного оборудования для мастерских, и без помощи литографии, как это необходимо для многих электромагнитных плащей.
Как таковые, они говорят, что акустические плащи «обеспечивают захватывающие наземные испытания новых методов борьбы с волнами необычными путями» и могут быть использованы в таких приложениях, как зондирование и коммуникационные технологии. «Очевидная возможность в далеком будущем - это контроль сейсмических волн», добавили они для physicsworld.com .
Стивен Камер (Steven Cummer) из Университета Дьюка в США придерживается аналогичной точки зрения. «Я могу себе представить, что с помощью этого можно было бы уменьшить вибрацию в критических местах инженерных сооружений, и таким образом, можно сделать их светлее и крепче, чем до сих пор», говорит он. «И это та вещь, которая была бы ценной во множестве различных приложений.»
Вот бы наши подводные лодки окружить таким материалом, чтобы гидролокаторы их не обнаруживали. Или хотя бы сильно шумящий винт заключить в такую коробку. Правда боюсь шум винта происходит из-за вращения жидкости, на большом расстоянии от винта. Но задуматься нашим военным следует.
О. Е. Кириллов
20 января 2012 г.
19:18:10
В комментариях к этой новости на PhysicsWorld некто ASIWEL (Jan 13, 2012 1:47 AM Kalamazoo, United States) оставил забавный комментарий в шутку, суть которого в том, что "...а не является ли Стоунхэндж древнейшим метаматериалом для защиты от сейсмических волн?"
Ко всем с уважением, ОК.