Представьте материал, который можно перепрограммировать, чтобы он направлял звук как вам нужно: создавал «тихую зону», фокусировал ультразвук для точной диагностики или гасил нежелательные шумы. Учёные из Университета Коннектикута (США) сделали важный шаг к этой реальности, создав первый в своём роде программируемый метаматериал для управления звуковыми волнами.
Что такое метаматериал и в чём прорыв?
Обычные метаматериалы — это искусственные структуры с уникальными свойствами, которых нет в природе (например, способность становиться «невидимыми» для определённых волн). Но их главный недостаток — они статичны. После изготовления их нельзя изменить.
Новая разработка ломает эту парадигму. Это динамический, программируемый метаматериал, чьи свойства можно менять «на лету», в реальном времени, как настройки в приложении.
Как это устроено?
Материал выглядит как сетка 11×11 из необычных столбиков, каждый из которых напоминает яблочный огрызок с вогнутыми гранями.
- Индивидуальное управление: Каждый такой «огрызок» не закреплён жёстко. Он стоит на своём крошечном двигателе, который может поворачивать его с точностью до одного градуса.
- Принцип работы: Когда звуковая волна проходит через эту решётку, она отражается от вогнутых поверхностей столбиков. Меняя угол поворота каждого столбика, учёные меняют путь звука — могут его сфокусировать в одной точке, рассеять или направить в обход определённой зоны.
- Бесконечные конфигурации: Поскольку каждый из 121 столбика можно настроить по-своему, число возможных комбинаций становится астрономическим. Ручной расчёт здесь невозможен, поэтому для поиска оптимальной конфигурации под каждую задачу используется искусственный интеллект.
Где это можно будет применить?
Потенциал у технологии огромный:
- Медицина будущего:
Точный ультразвук: Можно будет создавать сверхчёткие 3D-изображения внутренних органов или фокусировать ультразвуковую энергию для деликатного разрушения опухолей без разрезов.
Акустический пинцет: Управление микроскопическими объектами (например, клетками) с помощью звуковых волн станет более точным. - Акустический дизайн и тишина:
«Умная» звукоизоляция: Стены или панели, которые по команде гасят определённые шумы (например, голоса соседей или гул дороги), но пропускают другие звуки (сигнал будильника).
Динамическое управление акустикой: Зал, который одним нажатием кнопки может превратиться из концертного (с ярким, чистым звучанием) в лекционный (с идеальной слышимостью каждого слова).
Сейчас технология проходит этап доработки и тестирования. Её создание открывает новую главу в акустике и материаловедении, где свойства материала не высечены в камне, а подстраиваются под наши текущие нужды, словно живая, дышащая структура.