هدایت و بازتاب صدا با فراماده ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی

محققان دانشگاه دوک در ایالات متحده ادعا می‌کنند آنچه که ساخته اند اولین ماده ای است که می‌تواند صدا را به طور کامل انتقال دهد و بازتاب کند.
دانشمندان تا قبل از این سعی کردند به صورت تئوری وجود چنین ماده‌ای را اثبات کنند ولی هیچ کدام به صورت تجربی ثابت نشده است.
درحالی که این فراماده از پلاستیک به صورت چاپ سه بعدی در دانشگاه Duck ساخته شده است. شکل ویژگی‌های آن نه خواص پلاستیک – مهم است و به آن اجازه می‌دهد تا امواج صوتی را دستکاری کند .

فراماده از مجموعه‌ای از چهار ستون توخالی تشکیل‌یافته است که حدود ۱۳ میلی متر پهنا دارد و یک دهانه باریک در وسط قرار دارد . در حالی که دستگاه نشان‌ داده‌ شده توسط محققین ۴۰ میلیمتر ارتفاع و بیش از یک متر طول دارد. از لحاظ تئوری می‌تواند تا آن را تا بینهایت در هر دو جهت گسترش داد.
محققین نحوه کنترل دستگاه را از طریق عرض کانال‌های بین هر ردیف ستون و اندازه حفره درون هر ستون جداگانه کنترل می‌کنند . برخی ستون‌ها کاملا باز هستند در حالی که برخی دیگر تقریبا بسته هستند.

برای درک این موضوع, به کسی فکر کنید که هوا را به یک بطری شیشه ای می‌دمد, میزان تکان خوردن بطری به مقدار مایعی که درون بطری باقی مانده بستگی دارد . به طور مشابه، هر ستون با فرکانس متفاوت با توجه به اینکه چقدر از آن با پلاستیک پر شده است، واکنش نشان می‌دهد.

هنگامی که یک موج صوتی از میان دستگاه حرکت می‌کند , هر حفره در فرکانس مشخص شده آن تشدید می‌شود . این ارتعاش نه تنها بر سرعت موج صوتی تاثیر می‌گذارد , بلکه با حفره‌های مجاور آن ارتباط دارد تا هم انتقال و هم بازتاب را تحمل کند.

جوفی لی، دانشجوی دکترا و پژوهشگر ارشد، گفت: “دستگاه های قبلی می‌توانند با تغییر سرعت بخش های مختلف جبهه موج، امواج صوتی را تغییر دهند، اما همیشه پراکندگی ناخواسته وجود دارد.شما باید هر دو مرحله دامنه انتقال و انعکاس موج را کنترل کنید تا به کارایی کامل برسید.”

برای ایجاد پیچیده تر امور، ستون های ارتعاشی نه تنها با موج صوتی بلکه با ستون های اطراف آن نیز تعامل دارند.لی نیاز به نوشتن یک برنامه بهینه سازی تکاملی کامپیوترevolutionary computer optimisation program) ) برای کار از طریق تمام جایگشت ها داشت.

این تیم نشان داد که یک سری راه‌حل‌ها می‌تواند یک موج صوتی را مستقیما به سمت زاویه ۶۰ درجه با بازدهی ۹۶ درصد هدایت کند . در حالی که این چیدمان برای کنترل موج صوتی در ۳۰۰۰ هرتز طراحی شده ‌بود , فراماده را می توان تقریبا در هر طول‌موج صوتی اندازه‌گیری کرد.

محققان در حال حاضر قصد دارند از این ایده‌ها برای دستکاری امواج صوتی در آب برای کاربردهایی مانند ردیاب صوتی استفاده کنند .

منبع: http://www.materialsforengineering.co.uk