聲學(xué)隱形外罩 - 簡(jiǎn)介

聲學(xué)隱形外罩是一個(gè)二維的圓柱形外罩，這種外罩由16個(gè)聲音線路構(gòu)成的同心環(huán)組成，每個(gè)環(huán)擁有不同的折射指數(shù)，可以引導(dǎo)聲波的方向，讓物體在聲吶或其他超聲波探測(cè)中銷聲匿跡。

聲學(xué)隱形外罩 - 發(fā)明

通常情況下，水下看不到的物體可以通過聲吶探測(cè)得到。但是，現(xiàn)在伊利諾斯大學(xué)的聲學(xué)隱形技術(shù)可以讓你聽都聽不到。由伊利諾斯大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授尼古拉斯·方領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)2011年對(duì)外公開了這項(xiàng)聲學(xué)隱形技術(shù)。

聲學(xué)隱形外罩 - 原理

多年以來，理論認(rèn)為可能存在能夠讓物體周圍的聲音轉(zhuǎn)彎而不反射或吸收的材料。但是，真正實(shí)現(xiàn)這種概念具有相當(dāng)?shù)碾y度。方教授研究團(tuán)隊(duì)在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上發(fā)表研究文章，介紹了他們的可行性原型，這種聲學(xué)隱形外罩可以遮擋很寬的聲波范圍。

聲學(xué)隱形外罩由一種超材料制成，這種超材料是一種經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的人工材料。方教授的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)二維的圓柱形外罩，這種外罩由16個(gè)聲音線路構(gòu)成的同心環(huán)組成，可以引導(dǎo)聲波的方向。每個(gè)環(huán)擁有不同的折射指數(shù)，這就意味著聲波速度從外環(huán)到內(nèi)環(huán)會(huì)發(fā)生變化。

聲學(xué)隱形外罩基本上就是一系列由隧道相連的洞穴。聲音將通過隧道進(jìn)行傳輸，這些洞穴將會(huì)讓聲波減速。但當(dāng)聲波繼續(xù)前進(jìn)進(jìn)入到內(nèi)環(huán)時(shí)，速度會(huì)越來越快。由于加速需要能量，因此聲波將改為沿外罩外環(huán)傳播，在聲音線路內(nèi)由隧道引導(dǎo)。這種特殊構(gòu)造的聲學(xué)線路實(shí)際上就是將聲波彎曲，使其環(huán)繞在隱形外罩的外層。

在試驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)鋼制圓柱體來測(cè)試隱形外罩的性能。他們將圓柱體放入水箱中，水箱的一側(cè)裝有一個(gè)超聲波源，另一側(cè)裝有一個(gè)傳感器陣列。然后，他們將隱形外罩蓋住圓柱體，此時(shí)再一次聲吶探測(cè)已無法找到這個(gè)圓柱體。

研究人員還考慮到被隱形物體的結(jié)構(gòu)是否會(huì)對(duì)聲學(xué)隱形現(xiàn)象產(chǎn)生影響。因此，他們還對(duì)其他各種不同形狀和密度的物體進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，不管你想隱形什么結(jié)構(gòu)的物體，效果都是相似的。

聲學(xué)隱形外罩 - 作用范圍

聲學(xué)隱形外罩的一大優(yōu)點(diǎn)就是可以覆蓋很寬范圍的波長(zhǎng)，作用范圍從40千赫到80千赫的超聲波。當(dāng)然，改進(jìn)后的作用范圍理論上可覆蓋數(shù)十兆赫的波長(zhǎng)。

聲學(xué)隱形外罩 - 未來應(yīng)用

研究人員計(jì)劃下一步將這種技術(shù)投入應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事秘密行動(dòng)、隔音、醫(yī)療衛(wèi)生等。比如，盡管超聲波和其他聲學(xué)成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域非常普遍，但人體內(nèi)的許多東西會(huì)產(chǎn)生干擾，從而破壞了圖像的效果。一種由超材料制成的繃帶或防護(hù)物可能會(huì)隱藏一些無關(guān)區(qū)域，從而掃描儀可以集中對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行檢查。

此外，聲學(xué)隱形技術(shù)還可以影響非線性聲學(xué)現(xiàn)象。對(duì)于水下快速移動(dòng)的物體來說，一個(gè)嚴(yán)重的問題就是氣穴現(xiàn)象。研究人員相信，他們能夠利用聲學(xué)隱形外罩來平衡氣穴現(xiàn)象發(fā)生區(qū)的能量，從而解決這個(gè)問題。