חומרים מזינים אקוסטיים: עתיד הקול

מה הם חומרים מזינים אקוסטיים?

metamaterials אקוסטיים הם מבנים ממונדסים מלאכותיים אשר מפעילים שליטה חסרת תקדים על גלי קול באמצעות הגאומטריה הפיזית שלהם ולא איפור כימי שלהם.בניגוד לחומרים קונבנציונליים, אשר תכונות אקוסטיות שלהם נקבעות במידה רבה על ידי ההרכב שלהם (בדידות, גמישות), חומרים מטבוליים יכולים להיות נועדו להפגין תכונות יעילות כי לא קיים בטבע - כמו צפיפות שלילית, חלקיקים שליליים, או אפילו מסה טרופית של עשרות צפיפות, מאפשר לספוגים אלה, כלומר, הם יכולים להיות מסובכים, פעם, כמו גם קליטת, או לספוגים, או לספוגים, או לספוגים, פעם, כלומר, או לספוגים, או לספוגים, כמו משככי כאבים, כמו משככי כאבים, או לספוגים, או לספוגים, או לספוגים, או לספוגים חזותיים, או לספוגים, פעם, כלומר, או לספוגים, או לספוגים, כלומר, עם חומרים גמישים, פעם, או לספוגים, עם אפקט בינוניים, כמו גם את אמצעי בקרה על ידי גירויים, כמו גם, כמו גם, כמו משככי כאבים, כמו דחיסות, או דחיסות, כמו גם, או דחיסות הפעלה, כמו דחיסות הפעלה

הרעיון יצא מעבודתם הקודמת ב metamaterials אלקטרומגנטית, אשר מניפולציה גלי אור ורדיו. גירסאות אקוסטיות להשתמש עקרונות אנלוגיים אבל נועדו לגלי לחץ מכניים ולא גלים אלקטרומגנטיים.חומרים כגון גומי, פולימרים, מתכות וקרמיקה הם מפוסקים לתוך גיאמטריה מדויקת באמצעות טכניקות כמו הדפסה תלת מימדית, חיתוך לייזר, אותוגרפיה מאז המאפיינים מוכתבים על ידי מבנה, החוקרים יכולים לכוון ביצועים עבור יישומים ספציפיים של 18-מודלים (D) במהירות על פני כדור-מודלים בינוני) מדגמים מתקדמים (D) מדגמים מתקדמים (D-מדומים) מדגמים מתקדמים על פני כדור-מדומים (D) מדגמים מתקדמים על פני כדור-מדומים ל-מדומים ל-או-מדומים (D) מדגמים מתקדמים על פני כדור-מדומים ל- 50-אוטומטיים) מדגמים מתקדמים על פני כדור-מדומים (D) מדגמים מתקדמים על פני כדור-מדומים לדגמיטיביים ברמה גבוהה יותר מדגמים מתקדמים (D.

איך הם עובדים?

metamaterials אקוסטיים לנצל שני מנגנונים פיזיים בסיסיים: פיזור חוזר ולא-resonant גל המנחה (geometric) בליבתם, תאי יחידת גלי השמש נועדו אינטראקציה עם קול באופן הניב פרמטרים יעילים לא ניתן להשיג על ידי מוצקות רגילות, נוזלים, או גזים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הדמיטורים של Helmholtz הם אבני הבניין הנפוצים ביותר. A Helmholtz resonator מורכב משקע קטן המחובר לחלל החיצוני באמצעות צוואר צר.כאשר גלי קול להכות את הצוואר, האוויר בתוך vibrates כמו מערכת מסיבית על מחזורי מסיבית על גבי גלימות מתוחות, גם את הלחץ הפנימי של cavson על גבי עוצמות, ואת הדחיסות של חומר שלילי יעיל הופך שני סוגים של גירוי שלילי זה עשוי באופן סימנומי יכול במיוחד כדי לעזור לימין שלילי.

אדריכלות לא-Resonant Architectures

עיצובים לא-resonant, כגון ערוצי קושחה או מבוך, משתמשים בהבדלים גאומטריים באורך נתיב כדי ליצור עיכובים בשלב. על ידי סלילת הנתיב האקוסיבי, המהירות האפקטיבית של הקול מופחתת באופן מלאכותי, מניבה אינדיקציות רפרואקטיביות גבוהות.זה יכול לשמש כדי להיות nd גלים בהדרגה - אפקט דומה עדשות צליל ⁇ -index באופטיקה או מחזוריות של כיוונים אלה יכול לייצר באופן מלא של קומפוארים שונים.

Phenomena Enabled

• (FLT:0) גינויים חיוביים: FLT:1 גלי קול מתנד בכיוון ההפוך לנורמלי, ומאפשרים סופרנים שטוחים כי לנצח את גבול ההיקף.
• (FLT:0) גלימה אקוסטית: FLT:1 על ידי עיצוב מעטפת מטא-חומרית עם צפיפות Aisotropic ומודולוס, גלי קול יכולים להיות מונחה סביב אובייקט ללא פיזור, מה שהופך את האובייקט לבלתי נראה מבחינה אקוסטית.
• (FLT:0) קליטת פורמול: 1FLT: 1 התאמת הדחף של המטאי לאמצעי שמסביב והבאת הפסדים מהדהדים יכול לספוג כמעט 100% של אנרגיה קול על להקות צרות, שימושית לירידה ברעש.
• (FLT:0) שידור לא-חומרי: 1FLT1 (שימוש באי-לינאריות או בחלקים נעים, מטא-חומרים יכולים לשבור סימטריה של זמן, המאפשרת לצליל לנוע בכיוון אחד, אך לא הפוך - מרכיב מרכזי עבור מורדים אקוסטיים.

הבנה של מנגנונים אלה דורש ניתוח טיפוסי של המדיום היעיל באמצעות תורת ההומוגיזציה, שבו המטריאליסטי הוא מודל כהמשך עם פרמטרים יעילים. סימולציה פיניט-היישום (COMSOL, ANSYS) משמשים נרחב לתכנון ולייעל תאים יחידה.בדרך כלל, צינורות אימפולסיביות לייזר מדידה, השתקפות, וקליטת ספקטרום.

יישומים של Acoustic Metamaterials

ניכוי רעש ורעש

חומרים אוטומטיים כל כך אטומיים (foam, סיבים) להסתמך על עובי וצפיפות לספוג קול, לעתים קרובות וכתוצאה מכך מבנים מסיביים. metamaterials Acoustic יכול להשיג ספיגה חזקה עם פרופילים דקים רבים, במיוחד בתדרים נמוכים שבהם חומרים קונבנציונליים מבצעים בצורה גרועה.לדוגמה, לוחות מטבוליים מסוג membrane-types נבדקים רק כמה מ"מ"מים עבים יכולים לספוגים של צליל ב-200 מטרים, כמו קומפקטיים מסחריים, כמו גם כן, כמו קומפקטיים מסחריים, כמו קומפקטיים מסחריים, כמו קומפקטיים, כמו גם כן, 000 קומפקטיים של צינורות מסחריים, 000.

טיפול רפואי ואולטרסאונד

הדמיה של Super-resolution היא אחת היישומים הרפואיים המבטיחים ביותר.אולטרסאונד לא חוקי מוגבל על ידי דיפרקציה לכמעט חצי אורכי גל (0.5 מ"מ בתדרים נפוצים) עדשות metamaterial יכול לשחזר פרטים באורך תת-גל, שיפור ההחלטה למטה ל-λ/10 או יותר הפיכה.בפרקטיקה, עדשות metamaterial מונח על העור יכול להתמקד כתמים קוליים קטנים יותר מאשר הגבלת דיפרציה, שיפור תמונות מוקדם של תאים של תאים של סרטן, או ירידה של תאים קלים יותר מאשר את רמות של תאים מוקדמים של סרטן, 000.

המונחים: Acous Cloaking

מבנים גלימות אקוסטיות נועדו להסיט גלי קול סביב אובייקט כך שהוא נראה חסר מבחינה אקוסטית - לא השתקפות, שום צל. גלימות קונפורמנטליות להשתמש מעטפת מטא-חומרית עם תכונות שונות מרחבית כדי להנחות גלים בצורה חלקה באזור מוסתר.ראשון הוכיחו ב-2013 על ידי חוקרי אוניברסיטת דיוק עבור צליל תת-קרקעי, הטכנולוגיה כבר מעודנת לעבוד על רוחב פס רחב יותר ושלושה אובייקטים קונצרטיים.

אקוסטיקה

אולמות קונצרטים ושמיעות קוליות מסתמכים על מיקום זהיר של diffusers, רפלקטים, ו סופגנים כדי לנהל reverberation ובהירות קולית. metamaterial diffusers יכול להיות עשה הרבה יותר רזה יותר ספציפי תדירות מאשר מקטפדים קלאסיים Schroeder תואמים את החללים אקוסטיים שונים אפילו על ידי metatraware metaholware עיצובים יכול לפזר צליל בכיוונים שנקבעו מראש ללא הוספת מבנה גדול של חומר חומרים.

תקשורת תת-קרקעית וסונר

בסביבות תת-ימיות, קול הוא האמצעי העיקרי של תקשורת למרחקים ארוכים.מ.מ.מ. מטא-חומרי יכול לשפר את הכיוון ואת רוחב הפס של טרנסנפריים של נדר (Gar Transducers) . A metamaterial העדשה שהוצבה בפני טרנספורמטיבי יכול להתמקד בדבורה צרה, מה שמגביר את הציפוי של צוללת או מיפוי תת-ימי.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה יוצאת דופן, מטא-חומרים אקוסטיים עומדים בפני כמה מכשולים לאימוץ נרחב.הייצור מורכבות והעלות נותרו ההוורדים העיקריים.עיצובים רבים של חומריים מטבוליים דורשים דיוק תת-מילימטרי על פני אזורים גדולים, אשר דוחקים את גבולות ההיווצרות הקונבנציונלית.לדוגמה, הדפסה תלת-ממדית של מערך השיקום המורכב הוא איטי ויקר, ושיטת ייצור המונית כמו הזרקת הזרקת עשוי לא להשיג את הסובלנות הנדרשת לתאים ארכיטקטוניים גדולים יותר, במיוחד לתאים סטריליים בגודל של תאים סטריליים (אך) אך ורק בגודלם של תאים סטריליים קטנים יותר מאשר תאים סטריליים (אך הם בעלי טווחיאליים (אך הם בעלי טווח) אך ורק במעט יותר מאשר תאים קטנים יותר מאשר תאים קטנים יותר מאשר תאים קטנים יותר מאשר תאים).

בנדווידט הוא עוד מגבלה.אפקטים המטריאליסטיים רבים - במיוחד צפיפות שלילית ומודולוס שלילי - להתרחש רק על טווחי תדר צר סביב resonances. זה הופך אותם בלתי מתאימים ליישומים פס רחב כמו ביטול רעש מלא או גלימה פס רחב. חוקרים חוקרים בודקים "אקדמי" עיצובים מרובים כדי להרחיב את הטווח היעיל, אבל מגבירים את המורכבות הזו ולחצים יכולים גם להתאים את התכונות הפעילות של מערכות בקרה, אך פעילות גופנית, אך גם לתפקודיות.

יציבות סביבתית להציג נושאים נוספים.מתכת או ממריצים פולימרים עשויים להתעייף עם הזמן בסביבות קול דגימה גבוהה (למשל, מנועי סילון) מים פולשים קטנים או לשנות תדרי התחדשות.לשימוש רפואי, ביו-תחרותיות ו סטריליות יש להבטיח, בנוסף, שילוב עם מערכות קיימות - כגון הפיכה של לוחות חומר עם חומרים קליטורים קונבנציונליים - יש עדיין לא פחות מאפקטיביים כדי למנוע מפציעות פעילות גופנית רק כדי למנוע את הפחתת חומר מסחרי.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

העשור הבא צפוי לראות metamaterials אקוסטיים להיות קטן יותר, זול יותר, ו יותר תכליתי. החידושים בייצור ייצור ממשק נוזלי מתמשך (CLIP) הדפסה רב-חומרית - יהיה נמוך עלויות ייצור ומאפשר גיאמטריה מורכבת.חוקרים גם לפתח metaatoms כי הם נוקשות דרך שדות חיצוניים: החל מתח לאלמנטים אדזואלקטריים יכול לכוון מחדש, ולהשתמש בצורות מורכבות יכול להתאים את החומרים הסגסוגת בזמן הנכון.

שילוב של חומרים אקוסטיים עם למידת מכונה הוא כיוון מבטיח רשתות נילי יכול להיות מאומן לעצב תאים יחידות אופטימיזציה עבור תגובות ספציפיות מטרה, להאיץ באופן דרמטי את מחזור העיצוב.עיצוב הפוך כבר בשימוש עבור metamaterials אלקטרומגנטי והוא מותאם לגרסאות אקוסטיות.בנוסף, FLT:0cding metatating חומרsFLT:1 להשתמש סידורי פשוט בינארי (למשל, "0" עבור מבנה דיפרטיבי, כדי להוביל דפוס אחיד, כגון מתכתי תיבות של פורמט, כדי להוביל).

גבול נוסף הוא השילוב של חומרים מטבוליים עם גבישים פוניים בהשראת מטא-חומריים – מבנים עם זוגות שאוסרות על התפשטות קול בכיוונים מסוימים. על ידי שילוב של להקות ואפקטים שליליים של גניבת שיער, החוקרים מקווים ליצור "דישנים אקוסטיים" ו"טרנסיסטורים אקוסטיים" למניפולציה של עיבוד קול.זה עשוי לאפשר סיועים ואולטרסאונד כי הם יכולים לראות באופן ישיר את אותות מכניים, ללא שימוש בחשמל אקוסטי, ללא שימוש ב"מחשוב אקוסטי, ללא שימוש ב"מחשוב אקוסטי, ללא שימוש ב"מחשוב אקוסטי, ללא שימוש ב"ממדיקולוגי, ".

המסחר יזרז כשיטות מבחן סטנדרטיות וספריות עיצוב להיות זמינות.חלק מהסטארט-אפים, כמו FLT:0MetaFoammiaFLT:1 ו-FLT:2AkoustiktureFLT 3, כבר מציעים לוחות מטבוליים עבור יישומים אדריכליים ומכוניות. as Manufacturing scales, עלויות ירדו, ואנחנו יכולים לצפות מוצרי meta-enof-hanced בבנייה בחומרים, כלי רכב, אולטרסאונד, אולטרסאונד, 5 שנים, אולטרסאונד, רמקולים רפואיים, , רמקולים.

מסקנה

חומרים metamaterials אקוסטיים מייצגים שינוי פרדיגמטי במניפולציה קולית.על ידי תכנון מבנה חומרי בקנה מידה תת-גלכי, מהנדסים יכולים ליצור מדיה יעילה עם תכונות שהיו פעם מדע בדיוני: צפיפות שלילית, מודלוס שלילי, ספיגה מושלמת, וחוסר עקביות אקוסטית.הטווח של אמצעי בקרה יומיומית לאבחון רפואי מתקדם וגניבהיל אתגרי כדור הארץ תת-טבעיים, בעוד אתגרים של ייצור ואינטגרציה מתמשכת, התקדמות מהירה בייצור, חומרים פעילים, AI, עיצובים, קרוב יותר, הוא גורם יעיל יותר, כלומר, באופן טבעי, כמו גם כן, עיצוב סטנדרטי, הוא מסוגל להפוך לחומרים סטנדרטי, כלומר, חומרים סטנדרטי, חומרים סטנדרטי, כמו גם חומר אקוסטי, כמו גם כן, כמו גם חומרים סטנדרטי, חומרים סטנדרטי, חומרים סטנדרטי, חומרים סטנדרטי, עם חומרים סטנדרטי, עם חומרים רעיל, עם חומרים סטנדרטי, כמו גם חומר אקוסטי, עם חומרים סטנדרטי, עם חומרים סטנדרטי, עם חומרים סטנדרטי, כמו גם חומר אקוסטיים של חומר אקוסטיים של חומר אקוסטיים של חומר נפץ, עם חומרים סטנדרטי, כמו גם כן, עם חומרים סטנדרטיים של חומר נפץ, כמו גם חומר נפץ, כמו גם כן, כמו גם חומר אקוסטי, הוא, הוא מסוגל להפוך את חומר אקוסטי, מסוגל להפוך את חומר נפץ, כמו גם חומר נפץ