Cercetarea are aplicații în diverse domenii, inclusiv tehnologia radar și rutarea semnalului
În context: Undele sonore se propagă de obicei în direcții înainte și înapoi. Această mișcare naturală este problematică în unele situații în care reflexiile nedorite provoacă interferențe sau o eficiență redusă. Deci, cercetătorii au dezvoltat o metodă pentru a face undele sonore să se deplaseze într-o singură direcție. Inovația are aplicații de anvergură care merg dincolo de acustică, cum ar fi radarul.
După ani de cercetare, oamenii de știință de la ETH Zurich au dezvoltat o metodă pentru a face undele sonore să se deplaseze într-o singură direcție. Studiul a fost condus de profesorul Nicolas Noiry, care și-a petrecut o mare parte a carierei studiind și prevenind oscilațiile termo-acustice potențial periculoase autosusținute în motoarele de aeronave, credea că există o modalitate de a valorifica fenomene similare pentru aplicații benefice.
Echipa de cercetare, condusă de profesorul Nicolas Noiry de la Departamentul de Inginerie Mecanică și a Proceselor al ETH Zurich, în colaborare cu Romain Fleury de la EPFL, a descoperit cum să împiedice undele sonore să se deplaseze înapoi fără a le slăbi propagarea înainte, bazându-se pe lucrări similare de un deceniu. în urmă.
În centrul acestei descoperiri se află un dispozitiv de circulație, care utilizează oscilații aero-acustice auto-susținute. Circulatorul constă dintr-o cavitate în formă de disc prin care aerul învolburat este suflat dintr-o parte printr-o deschidere centrală. Atunci când aerul este suflat la o anumită viteză și o intensitate de vârtej, se creează un sunet de șuierat în cavitate.
Spre deosebire de fluierele convenționale care produc sunet prin unde staționare, acest nou design generează un val care se rotește. Circulatorul are trei ghiduri de undă acustice dispuse într-un model triunghiular de-a lungul marginii sale. Undele sonore care intră în primul ghid de undă pot, teoretic, să iasă prin al doilea sau al treilea, dar nu pot călători înapoi prin primul.
Componenta critică este modul în care sistemul compensează atenuarea inevitabilă a undelor sonore. Auto-oscilațiile din circulator se sincronizează cu undele de intrare, permițându-le să câștige energie și să-și mențină puterea pe măsură ce călătoresc înainte. Această abordare de compensare a pierderilor asigură că undele sonore nu numai că se mișcă într-o direcție, ci și ies mai puternice decât atunci când au intrat în sistem.
Pentru a le testa designul, cercetătorii au efectuat experimente folosind unde sonore cu o frecvență de aproximativ 800 de herți, comparabilă cu o notă sol înaltă cântată de o soprană. Ei au măsurat cât de bine a fost transmis sunetul între ghidurile de undă și au descoperit că, așa cum era de așteptat, undele nu au ajuns la al treilea ghid de undă, ci au ieșit din al doilea ghid de undă și mai puternic decât atunci când au intrat.
„Spre deosebire de fluierele obișnuite, în care sunetul este creat de o undă staționară în cavitate, în acest nou fluier rezultă dintr-o undă care se învârte”, a spus Tiemo Pedergnana, fost doctorand în grupul lui Noiray și autor principal al studiului.
În timp ce prototipul actual servește ca o dovadă a conceptului undelor sonore, echipa consideră că metoda lor de propagare a undelor nereciproce, compensată cu pierderile, ar putea avea aplicații dincolo de acustică, cum ar fi metamaterialele pentru unde electromagnetice. Această cercetare ar putea duce la progrese în domenii precum tehnologia radar, unde este esențial un control mai bun asupra propagării cu microunde.
În plus, tehnica ar putea deschide calea pentru dezvoltarea circuitelor topologice, îmbunătățind rutarea semnalului în viitoarele sisteme de comunicații prin furnizarea unei metode de ghidare a undelor unidirecțională fără pierderi de energie. Echipa de cercetare și-a publicat studiul în Nature Communications.
