Метаматериал для звука: мост между водой и воздухом

Звук испытывает трудности при переходе из воды в воздух и наоборот из-за значительной разницы в плотности, что приводит к высокому коэффициенту акустического импеданса. Это явление заставляет звуковые волны в основном отражаться от границы раздела, а не проникать через нее.

Чтобы решить эту проблему, был разработан инновационный метаматериал, способный улучшить передачу звука между этими двумя средами. Студент-аспирант Ратгерского университета Хесам Бахтиари Йекта представил результаты своей симуляции такого устройства. Метаматериал, представляющий собой конструкцию из трех параллельных алюминиевых пластин с ребрами жесткости, расположенными на границе раздела воздуха и воды, работает за счет передачи вибраций через свою структуру. Это позволяет эффективно переносить акустическую энергию между воздухом и водой.

Ключевым преимуществом данного дизайна является его простота и использование легкодоступных материалов, таких как алюминий и сталь. Структура спроектирована так, чтобы резонировать на определенной частоте, что позволяет звуку проходить из одной среды в другую. Потенциальные области применения включают обеспечение акустической связи между подводными и воздушными аппаратами, например, между подводным роботом и дроном. Робот сможет передавать акустический сигнал на заданной частоте, который будет эффективно проходить через метаматериал в воздух, обеспечивая связь.

Хесам Бахтиари Йекта уже подал предварительный патент на свое изобретение и планирует продолжить разработку, а также провести эксперименты для подтверждения теоретических и симуляционных результатов.