Alla Duke un metamateriale stampato in 3d in grado di reindirizzare e riflettere perfettamente le onde sonore

Il nuovo metamateriale stampatoin 3d presso la Duke può reindirizzare e riflettere perfettamente le onde sonore
Un gruppo di ricercatori della Duke University ha fatto uso della stampa 3D per creare un dispositivo in grado di controllare il reindirizzamento delle onde sonore con un livello di efficienza senza precedenti. È il primo dispositivo del suo genere a dimostrare con successo il controllo quasi perfetto della trasmissione e del riflesso del suono. Il progetto utilizza una classe di materiali conosciuti come  metamateriali , che sono materiali artificiali in grado di manipolare le onde come luce e suono attraverso la loro struttura, al contrario della loro composizione chimica. La ricerca potrebbe rivelarsi utile per varie applicazioni sonore subacquee, come la tecnologia sonar.

Il sottile dispositivo di plastica è stato fabbricato utilizzando la tecnologia di stampa 3D. La sua struttura è stata progettata in modo tale da essere composta da una serie di file di quattro colonne vuote. Ogni colonna è quasi la metà di un pollice su un lato con un’apertura stretta tagliata al centro di un lato. La modifica della larghezza dei canali tra le righe e la dimensione delle cavità all’interno di ogni singola colonna, ha permesso ai ricercatori di manipolare con precisione le onde sonore. Le cavità vibravano ad una frequenza prestabilita, e ciò influenzerebbe le vibrazioni delle cavità vicine al fine di limitare la trasmissione e il riflesso delle onde.

I risultati della ricerca sono stati dettagliati nel documento, ” Progettazione sistematica e dimostrazione sperimentale di metasurure bianisotropiche per la manipolazione senza dispersione di fronti acustici ”, pubblicata sulla rivista  Nature Communications . Secondo Junfei Li, uno studente di dottorato al Duke e primo autore del documento, “I dispositivi precedenti potevano modellare e reindirizzare le onde sonore cambiando la velocità delle diverse sezioni del fronte d’onda, ma c’era sempre scattering indesiderato. È necessario controllare sia la fase che l’ampiezza della trasmissione e del riflesso dell’onda per raggiungere una perfetta efficienza. ”

È stato progettato uno speciale programma per computer per trovare la struttura ottimale per il metamateriale. In questo programma, i ricercatori hanno alimentato le condizioni al contorno necessarie su ciascun lato del materiale, al fine di dettare come vogliono comportarsi le onde in uscita e riflesse. Il programma prova soluzioni casuali, impara da cosa ha funzionato e cosa no, e alla fine trova una serie appropriata di parametri di progettazione dopo un numero di iterazioni diverse.

Il set-up dimostrato nel documento riguardava un’onda sonora di 3.000 Hz. La struttura era in grado di reindirizzare l’onda, che arrivava dritta, ad un angolo di uscita di 60 gradi. L’efficienza era di circa il 96 percento, che è quasi perfetta e molto superiore alle efficienze del 60 percento che ci si aspetterebbe da assetti simili in passato. Lo stesso sistema può essere modificato e ridimensionato per controllare con successo le onde sonore a quasi tutte le lunghezze d’onda.

“Quando parliamo di onde, spesso ricado all’analogo di un obiettivo ottico”, ha affermato Steve Cummer, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Duke. ” Se si tentasse di realizzare occhiali veramente sottili usando gli stessi approcci che questi tipi di dispositivi utilizzavano per il suono, essi potrebbero puzzare. Questa dimostrazione ora ci consente di manipolare le onde sonore in modo estremamente accurato, come una lente per il suono che sarebbe molto meglio di prima. ”

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