Китайські фізики розробили метаматеріал, який може повністю заховати об'єкт під водою від акустичних детекторів. На відміну від попередніх конфігурацій такого пристрою, запропонована оболонка повністю замкнута і працює для всіх можливих напрямків звукових хвиль. Вона має форму восьмикутної піраміди і на даний момент дозволяє зробити «нечуваними» об'єкти висотою не більше 7 сантиметрів, пишуть фізики в статті в.
Один з можливих способів використання метаматеріалів - створення оболонок, які роблять «невидимим» об'єкти, що знаходяться всередині них. Наприклад, оптичні метаматеріали, які працюють за рахунок створення штучних середовищ з негативним коефіцієнтом заломлення, роблять це за рахунок зміни картини електричного і магнітного полів, перетворюючи їх таким чином, що вони стають невідличними від полів при відсутності об'єкта. Детальніше про принципи роботи таких систем ви можете прочитати в нашому матеріалі «Анатомія шапки-невидимки». У випадку ж з акустичними метаматеріалами аналогічні перетворення відбуваються не з електромагнітними хвилями, а зі звуковими: за рахунок управління рухом звукових хвиль у різних напрямках можна створити таку картину звукових хвиль, яка була б у разі відсутності на поверхні будь-якого об'єкта.
У випадку з акустичними матеріалами найбільш актуальна ця проблема для рідких середовищ. Наприклад, у воді такі оболонки можуть зробити об'єкт непорушним для ультразвукових детекторів. Торік китайським фізикам під керівництвом Цзюня Яна (Jun Yang) з Інституту акустики Китайської академії наук вдалося створити оболонку, яка робить об'єкт «нечуваним» під водою, проте працювала вона тільки в почесній конфігурації і при цьому не покривала об'єкт з усіх боків. У своїй новій роботі ця група вчених усунула і цей недолік. Якщо в минулій роботі оболонка, що робить об'єкти під нею непомітними для детектування за допомогою ультразвуку, мала форму незамкнутої призми, то цього разу вчені запропонували робити її у вигляді восьмикутної піраміди.
Зібрана авторами пірамідальна конструкція складалася приблизно з 700 сталевих прямокутних у перетині смуг з порожниною всередині - матеріал підбирався таким чином, щоб вся структура мала потрібні механічні властивості і можливе коливання стінок не впливало на ефективність роботи системи. Принцип роботи оболонки залишився таким же, як і в попередній роботі: за рахунок залежності щільності і модуля пружності матеріалу від напрямку поширення акустичної хвилі їх вдається перенаправляти потрібним чином, - однак цього разу вченим вдалося знайти таку геометрію, яка робить ці процеси можливими і для замкнутої геометрії.
Висота всієї піраміди склала 28,3 сантиметра, проте більша частина обсягу припадала на сам метаматеріал, який повинен був змінювати напрямок звукових хвиль. Висота безпосередньо тієї області, в якій міг знаходитися об'єкт, який було необхідно сховати, склала всього 7 сантиметрів. Довжина основи піраміди склала 35 сантиметрів.
Щоб показати, що запропонований підхід працює, таку піраміду помістили під п'ятиметровий шар води і подивилися, як вона впливає на картину розподілу тисків на відстані одного метра від вершини піраміди при поширенні по воді коротких акустичних імпульсів з частотою від 7 до 13 кілогерць. Виявилося, що запропонована авторами геометрія - розмір смуг, нахил і товщина стінок піраміди - дійсно дозволяє зробити розподіл тиск в рідині при відбитті від піраміди невідособленим за формою від розподілу при відбитті від плоскої поверхні на рівні основи піраміди.
Однак вчені відзначають, що амплітуда хвиль значно знижується при використанні оболонки і відповідає швидше відображенню не від твердої плоскої поверхні, а від м'якої, при якому відбувається помітна дисипація енергії.
Основними достоїнствами запропонованої конструкції автори роботи називають можливість роботи в широкому діапазоні частот, а також можливість сховати об'єкт від акустичних хвиль, які поширюються в будь-якому напрямку. Вчені зазначають, що отримані ними експериментальні результати дозволяють говорити про можливе швидке практичне використання запропонованої технології.
Оболонки з метаматеріалів дозволяють не тільки «вимикати» вплив об'єктів на звукове і електромагнітне поля, але і, наприклад, придушувати гідродинамічний слід, який пливаючі об'єкти залишають за собою в рідині. Так, американські фізики розробили оболонку, яка за рахунок магнітогідродинамічних ефектів дозволяє повністю позбутися всіх обурень потоку при русі об'єкта в насиченій іонами рідині.