水下管道和封閉的核容器內(nèi)部一直無法進入，直到最近。賓夕法尼亞州立大學工程學院聲學研究人員開發(fā)了一種方法，利用超聲波通過金屬壁傳遞能量和傳輸通信。

他們在《應用物理評論》上發(fā)表了他們的創(chuàng)新成果，這是一種以支柱為基礎的聲學超材料，在超聲頻率范圍內(nèi)工作。據(jù)研究人員稱，這項工作可能對太空研究產(chǎn)生影響。

聲學和生物醫(yī)學工程教授、該論文的通訊作者云靜說：“如果你想為管道等金屬外殼內(nèi)的溫度傳感器等設備供電，超聲波可以將能量傳遞給設備。但之前，這些波無法穿過會阻擋聲音的金屬屏障，除非換能器與屏障直接接觸。”

圖片:acoustic-invention-enh-2.jpg

研究人員創(chuàng)造了一種基于柱子的超材料：一系列微小的圓柱形柱子，放置在金屬板上作為諧振器，通過振動或振蕩產(chǎn)生聲共振。

當超材料位于換能器發(fā)射器和接收器之間時，它大大提高了通過金屬屏障的超聲波功率傳輸速率，而不需要換能器和屏障之間的直接接觸。以前，微弱的超聲波可以通過金屬，但它們?nèi)狈ψ銐虻哪芰縼頌閭鞲衅鞴╇娀蛲ㄟ^金屬傳遞信息。

第一作者Jun Ji說：“這種聲學超材料設計成柱狀，一端窄，一端寬，就像聲學諧振器。這種超材料的形狀允許通過金屬屏障無線傳輸和接收超聲波”。他最近在賓夕法尼亞州立大學獲得了聲學博士學位。

圖片:acoustic-invention-enh.jpg

研究人員在兩個實驗中測試了超材料樣品的功能。在第一個實驗中，他們使用超聲波發(fā)射器和接收器通過金屬板和超材料無線傳輸電力，成功地為另一側(cè)的LED燈供電。這證實了超材料通過金屬墻傳輸電力的能力。

在第二個測試案例中，他們通過一塊金屬板用編碼的超聲信號傳輸了字母“PSU”的圖像，證實了使用超材料加強超聲波通過金屬屏障的傳輸可以實現(xiàn)通信。

Ji教授解釋說，封閉空間的無線通信和電力可以為工程師在多個領域提供解決方案，例如太空探索。例如，攜帶來自其他行星樣本的金屬容器需要無線替代方案來維持電力和通信。

Ji說：“為了避免帶回地球的樣本受到潛在污染，容器需要無線傳感器來識別和傳達壓力泄漏”。

Ji說，超聲波通信——加上超材料——可能是將樣本在采集時的狀態(tài)下送回地球的解決方案。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-02-acoustic-ultrasound-access-enclosed-metal.html