デューク大学の新しい3Dプリントメタマテリアルは音波を完璧に方向転換し反射する

デューク大学の新しい3Dプリントメタマテリアルは音波を完璧に方向転換し反射する
デューク大学の研究者らは、3D プリント技術を使用して、これまでにない効率で音波の方向転換を制御できる装置を開発しました。この装置は、音の伝達と反射をほぼ完璧に制御することに成功した初めての装置です。この設計は、メタマテリアルと呼ばれる種類の材料を活用しています。メタマテリアルは、化学組成ではなく構造を通じて光と音を波として操作できる人工材料です。この研究は、ソナー技術など、さまざまな水中音響アプリケーションに役立つ可能性があることが判明しました。
メタマテリアルは、音波を同時に完璧に伝送および反射するように設計されています。<br /> この薄いプラスチック製の装置は、3D プリント技術を使用して製造されました。その構造は、4 本の連続した中空の柱で構成されるように設計されています。各柱の片側の中央には、幅約 1 インチの狭い開口部があります。列間のチャネル幅の変化と各柱内の空洞のサイズにより、研究者は音波を正確に操作することができます。空洞は定義された周波数で振動し、隣接する空洞の振動に影響を与えて、音波の伝播と反射を制限します。
幾何学的なディテールのための新しいマテリアル<br /> デューク大学の博士課程の学生、ジュンフェイ・リー氏によると、「これまでの装置は、波面のさまざまな部分の速度を変えることで音波の周波数と方向を変えることができましたが、常に望ましくない散乱がありました。完璧な効率を達成するには、音波の伝達と反射の位相と振幅を制御する必要があります。」
発信波と反射波<br /> メタマテリアルの最適な構造を見つけるために、研究者たちは特別なコンピューター プログラムを設計しました。この方式では、研究者は、放射波と反射波の挙動を指示するために、材料の両側に必要な境界条件を設定します。プログラムはランダムな解決策を試行し、多くの異なる反復を経て最終的に最適な設計パラメータのセットを見つけます。
論文で実証されたセットアップには、3,000Hz の音波が使用されています。この構造により、音波を直線的に 60 度の鋭角に方向転換することができます。効率は約 96% で、ほぼ完璧であり、過去の同様の設定で期待されていた 60% の効率をはるかに上回っています。同じシステムを変更して拡張することで、ほぼあらゆる波長の音波をうまく制御できます。このデモンストレーションにより、音波を非常に正確に操作できるようになりました。音波について話している間に、光学レンズのシミュレーションに戻りましょう。

出典: ZOL中関村オンライン

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