Nieuw metamaterialen-apparaat focust geluidsgolven zoals een cameralens

Nieuw metamaterialen-apparaat focust geluidsgolven zoals een cameralens

Anonim

door Pennsylvania State University

Image

(Phys.org) - In een coverartikel in The Journal of Applied Physics heeft een team van Penn State-onderzoekers een type door de mens gemaakt metamateriaal ontworpen en getest, dat voor het eerst in staat was om verschillende akoestische golven te manipuleren met één eenvoudig apparaat . Deze uitvinding zal profiteren van bijna alle huidige sonische en ultrasone toepassingen, zoals ultrasone niet-destructieve evaluaties en ultrasone beeldvorming. Het apparaat moet ook nauwkeurigere en efficiëntere HIFU-therapieën (high-intensive focus ultrasound) bieden, een niet-invasieve, op warmte gebaseerde techniek die is gericht op verschillende vormen van kanker en neurologische aandoeningen.

Optische metamaterialen zijn in het afgelopen decennium uitgebreid onderzocht voor toepassingen zoals cloaking en perfecte lenzen. De basisprincipes van optische metamaterialen zijn van toepassing op akoestische metamaterialen. Kunstmatige structuren worden gecreëerd in patronen die de akoestische golf op een enkel punt buigen en vervolgens de akoestische golf opnieuw focussen in een bredere of smallere straal, afhankelijk van de bewegingsrichting door de voorgestelde modificatie van de akoestische straalopening. De akoestische bundelopeningsmodificator is gebouwd op fononische kristallen met gradiëntindex, in dit geval een reeks stalen pennen ingebed in epoxy in een bepaald patroon. De obstakels (stalen pennen) vertragen de akoestische golfsnelheid om de akoestische golven in gebogen stralen te buigen.

Volgens de postdoctorale wetenschapper en de hoofdauteur van de krant, Sz-Chin Steven Lin, terwijl andere soorten akoestische metamaterialen ook een akoestische straal konden focussen en onscherp maken om een ​​aanpassing van de straalopening te bereiken (hoewel voorafgaand aan dit werk geen dergelijke straalmodificator is voorgesteld ), hun apparaat bezit het voordeel van klein formaat en hoge energiebesparing. Momenteel moeten onderzoekers en chirurgen veel transducers van verschillende grootte hebben om akoestische golven met verschillende openingen te produceren. Dit is analoog aan het moeten verwisselen van lenzen op een camera om het diafragma van de lens te veranderen. Met deze uitvinding kan door het wijzigen van de modificator die aan de transducer is bevestigd eenvoudig de gewenste opening worden verkregen.

"Ontwerp van akoestische bundelapertuurmodificator met behulp van fonone-gradiëntindexkristallen, " door Lin, Bernhard Tittmann en Tony Jun Huang, is het eerste ontwerpconcept voor een akoestische bundelapertuurmodificator dat in de wetenschappelijke literatuur verschijnt, en geen akoestisch bundelmodificatieapparaat is beschikbaar in de markt. Dientengevolge verwachten de auteurs dat hun apparaat brede toepassingen kan hebben over verschillende belangrijke akoestische velden, van medische echografie tot oppervlaktegevoelige golfsensoren met een hogere gevoeligheid tot hogere Q-factor-resonatoren. Het team maakt momenteel een prototype op basis van dit ontwerp.