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新系统让声呐失效 潜艇“隐身”
李明 2018-07-05
导语

瑞士洛桑联邦理工学院研究人员领导的国际团队开发出一种使声波无失真地穿过无序媒介的系统,可用于消除从潜艇等物体上弹回的声波,使声呐无法检测到它们,从而让潜艇等“隐身”。

图:EPFL研究人员开发的新系统,可使正常情况下声波透不过的材料完全“透明”,让声呐无法检测到它们。图片来源:EPFL官网

据瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)官网近日消息,该校研究人员领导的国际团队开发出一种使声波无失真地穿过无序媒介的系统,可用于消除从潜艇等物体上弹回的声波,使声呐无法检测到它们,从而让潜艇等“隐身”。

大多数天然材料都拥有无序的原子结构,这种结构会干扰声波和电磁波的传播。当波与这些材料接触时,会向四周反弹并扩散开来,而且波的能量会逐渐消散,强度也渐次减弱。这也意味着,要利用波技术让数据或能量无损地通过这些波散射媒介,几乎是不可能的。比如,智能手机的地理定位功能在建筑内部会受到影响,因为在其间,无线电波会向所有方向散射。在生物医学成像和地质调查等领域,让波穿过高度无序的媒介也至关重要。

此次,EPFL工程学院的两个实验室与奥地利维也纳技术大学、希腊克里特大学的研究人员合作开发出一种系统,可使声波无失真地穿过这些媒介。该系统采用微型扬声器作为声学中继器抵消波散射,并已成功在真实的声学系统上进行了测试。

研究人员解释,微型扬声器可被控制用于声波的增强、减弱或者相位移动,这使其可以抵消声波碰到障碍物时发生的散射,并在无序媒介的另一端重现原始声音。

研究人员发表在最新一期《自然·物理》杂志上的论文称,他们在实验中构造了一个长约3.5米、充满空气的管子,并在其中放置各种障碍物,例如墙、多孔材料等,制造出声波无法通过的、高度无序的媒介。然后,他们将微型扬声器放置在障碍物之间,并安装电子控制设备来调整扬声器的声学特性。

这种有源声学控制方法有望应用于包含普通环境频率的声音,也可以用于消除从潜艇等物体上弹回的声波,使声呐无法检测到它们。而且,新研究背后的理论同样适用于光波或无线电波,因此能使物体“隐身”,或让人能透过不透明材料拍摄图像。

论文链接:

Etienne Rivet, et al, "Constant-pressure sound waves in non-Hermitian disordered media,"Nature Physics(2018)

(信息来源:科技日报 刘霞)

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作者 李明

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北京航空航天大学

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