【論文】3Dプリントされたメタマテリアルは磁場を使って遠隔制御され、音波と振動を排除する

2018年4月13日、アンタークティックベアは、USCビタビ研究チームが最近、音を制御する新しい方法を開発したことを海外メディアから知りました。私たちは以前、光や音波の利用などを可能にする特別に設計された構造を持つ 3D プリントメタマテリアルの開発について報告しました。この最新のブレークスルーは、磁場を使用してメタマテリアルの音響特性を遠隔的にオンまたはオフにできるという点でユニークです。

このプロジェクトは、USC ViterbiのQiming Wang助教授と博士課程の学生Kunhao Yu、MITのXuanlai Fang教授（モロッコの主任材料科学者）、およびミズーリ大学のGuoliang Huang教授によって完成されました。研究チームは3Dプリント技術を用いて、独自の格子構造により音波や機械的振動を遮断できる特殊なメタマテリアルを作成した。さらに、構造内に鉄粒子が存在するということは、磁場を使用して変形することができ、その結果、その特性が変化する可能性があることを意味します。このようにして、3D プリントされたメタマテリアルは、アクティブ状態からパッシブ状態にリモートで切り替えることができます。

「構造物を作成すると、その形状は変更できず、つまりプロパティは固定されます。アイデアは、外部コントロールを使用して変更できるように、非常に柔軟なものを設計することです。「外部から磁力を加えると、構造を変形させ、内部構造や形状を変えることができます」とワン助教授は語る。「構造が変われば、特性も変わります。私たちは、磁場を使って、可逆的かつ非常に高速な状態間の切り替えを実現したいと考えました。」

メタマテリアルの音響特性により、特定の周波数の音波と機械的振動を遮断することができます。これは、ノイズキャンセル、振動制御、音波を隠すために使用できる音響クローキングなど、多くの分野で使用されます。

これらの 3D プリントされた音響メタマテリアル構造の独自性により、負の密度と負の弾性率という特性が得られます。日常的に使用する材料にとって、これらの特性はプラスです。物体の弾性係数が正の場合、物体を押し出すと押し返されます。逆に、負の係数を持つ物体は、押すとあなたを引き寄せ、その物体に向かって引っ張ります。負の密度を示す物体の状況も直感に似ています。これらの物体を自分から遠ざけると、物体は自分のほうを向きます。

特定の周波数範囲内の音波と機械的振動は物体によって制御することができ、物体の構造はこれら 2 つの物体にマイナスの属性をもたらします。両方の特性が負または正の場合、振動は再び通過できるようになります。 USC ビタビチームは、磁場を使用してメタマテリアルを遠隔制御し、二重正 (音伝達)、単一負 (音響抵抗)、二重負 (音伝達) を切り替えることができました。

これらの機能を自由にオン/オフに切り替えることができるため、エンジニアは他のメタマテリアルに比べて音響や振動をさらに制御でき、さまざまな潜在的な用途が広がります。この研究は『Advanced Materials』誌に掲載された。このプロジェクトの資金は、国立科学財団と空軍科学研究若手研究者プログラムによって提供されました。

論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201706348

出典: 3ders

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