Uvrnuti zvuk: Naučnici otkrivaju nov način kontrole mehaničkih vibracija u metamaterijalu

Naučnici iz Postdiplomskog centra Gradskog univerziteta Nujorka otkrili su način da kontrolišu zvuk i vibracije putem koncepta inspirisanog „tvistronikom“, fenomenom koji je prvobitno razvijen za elektroniku.

Njihovo istraživanje predstavlja „tvistelastiku“—tehniku koja koristi malene rotacije između slojeva inženjerski napravljenih površina radi kontrolisanja kako mehanički talasi putuju.

Preporučujemo

Kontrola zvuka i vibracija bitna je za tehnologije kao što su ultrazvučno snimanje, mikroelektronika i napredni senzori. Tradicionalno, ovi sistemi se oslanjaju na fiksne dizajne, što ograničava fleksibilnost. Novi pristup omogućava inženjerima da preoblikuju ponašanje talasa uvrtanjem dva sloja inženjerski napravljenih površina, što omogućava dosad neviđenu prilagodljivost.

„Naš rad pokazuje da jednostavnim uvrtanjem ova dva sloja možemo postići izuzetnu kontrolu nad mehaničkim talasima“, kažu naučnici. „Ovo otvara vrata novim tehnologijama za senzore, komunikaciju i obradu signala.“

Ovo otkriće je postignuto kombinacijom teorije, kompjuterskih simulacija i eksperimenata sa 3D odštampanim prototipovima kako bi se napravile specijalne površine nazvane metapovršine sa mikroskopskim stubovima.

Kada se dve identične metapovršine postave jedna na drugu i rotiraju pod različitim uglovima, njihova kombinovana struktura menja način širenja vibracija — prebacujući se između različitih topologija koje određuju pravac talasa. Pri ključnom uglu rotacije, nazvanom „magični ugao“, talasi postaju veoma fokusirani i usmereni, omogućavajući bržu, efikasniju obradu signala.

Uvođenje tvistelastike će omogućiti bolju kontrolu širokopojasnih signala u širokom rasponu frekvencija, kao i da se ponašanje talasa brzo podešava, poboljšavajući prenos informacija. Nova tehnika će takođe olakšati dizajniranje sistema otpornijih na greške usled nesavršenosti u proizvodnji.

Istraživači predviđaju da će njihovo otkriće imati primene u medicinskom snimanju, potrošačkoj elektronici i mikrofluidici. Tvistelastika bi mogla biti minijaturizovana za uređaje razmera čipa, revolucionarno menjajući način na koji kontrolišemo zvuk i vibracije u svakodnevnoj tehnologiji.

(Telegraf Nauka/Phys.org)