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

他們?cè)凇稇?yīng)用物理評(píng)論》上發(fā)表了他們的創(chuàng)新成果，這是一種以支柱為基礎(chǔ)的聲學(xué)超材料，在超聲頻率范圍內(nèi)工作。據(jù)研究人員稱，這項(xiàng)工作可能對(duì)太空研究產(chǎn)生影響。

聲學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程教授、該論文的通訊作者云靜說(shuō)：“如果你想為管道等金屬外殼內(nèi)的溫度傳感器等設(shè)備供電，超聲波可以將能量傳遞給設(shè)備。但之前，這些波無(wú)法穿過(guò)會(huì)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(guò)振動(dòng)或振蕩產(chǎn)生聲共振。

當(dāng)超材料位于換能器發(fā)射器和接收器之間時(shí)，它大大提高了通過(guò)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(guò)金屬，但它們?nèi)狈ψ銐虻哪芰縼?lái)為傳感器供電或通過(guò)金屬傳遞信息。

第一作者Jun Ji說(shuō)：“這種聲學(xué)超材料設(shè)計(jì)成柱狀，一端窄，一端寬，就像聲學(xué)諧振器。這種超材料的形狀允許通過(guò)金屬屏障無(wú)線傳輸和接收超聲波”。他最近在賓夕法尼亞州立大學(xué)獲得了聲學(xué)博士學(xué)位。

圖片:acoustic-invention-enh.jpg

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

在第二個(gè)測(cè)試案例中，他們通過(guò)一塊金屬板用編碼的超聲信號(hào)傳輸了字母“PSU”的圖像，證實(shí)了使用超材料加強(qiáng)超聲波通過(guò)金屬屏障的傳輸可以實(shí)現(xiàn)通信。

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

Ji說(shuō)：“為了避免帶回地球的樣本受到潛在污染，容器需要無(wú)線傳感器來(lái)識(shí)別和傳達(dá)壓力泄漏”。

Ji說(shuō)，超聲波通信——加上超材料——可能是將樣本在采集時(shí)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