Następnym razem, gdy będziesz w restauracji, biurze lub na lotnisku, spójrz w górę na sufit. Możesz zobaczyć okrągłe panele w kształcie chmur lub żebrowane piankowe płytki lub minimalistyczne drewniane listwy lub wiszące banery, które wyglądają jak żagle, lub po prostu wszechobecne szarawe prostokąty każdej licealnej kawiarni w Ameryce. Chociaż mogą być estetyczne (lub nie), materiały te są tak zaprojektowane, aby pochłaniać dźwięk i wyciszać pomieszczenie.
Możemy tego nie zauważyć, ale większość naszego środowiska jest w rzeczywistości zbudowana lub zaprojektowana w celu zmniejszenia hałasu współczesnego świata. Grube zasłony pomagają stworzyć cisze w fantazyjnych kancelariach prawnych. Ciężkie drewniane drzwi wejściowe utrzymują hałas uliczny w domach.
Teraz naukowcy z Boston University stworzyli nowy rodzaj materiału, który może blokować dźwięk, jednocześnie umożliwiając przepływ powietrza. Jest to tak zwany „metamateriał” - materiał, który został zaprojektowany tak, aby miał właściwości nie występujące w naturze. Mały spiralny wzór plastiku wewnątrz skorupy w kształcie pierścienia wysyła nadchodzące fale dźwiękowe z powrotem do ich pochodzenia, blokując w ten sposób dźwięk, ale nie powietrze.
„Pytanie, czy możemy uciszyć fale dźwiękowe przy zachowaniu przepływu powietrza, od dziesięcioleci inspiruje społeczność badawczą” - mówi Xin Zhang, profesor z Boston University College of Engineering, który był współtwórcą projektu i współautorem artykułu na temat materiału który został niedawno opublikowany w czasopiśmie Physical Review B.
Zezwolenie na przepływ powietrza jest kluczem do niektórych potencjalnych zastosowań materiału. Nie można nałożyć tradycyjnego materiału wyciszającego na silnik odrzutowy lub drona i nadal pozwolić mu latać. Ale nowy metamateriał z nadrukiem 3D mógłby potencjalnie zostać wykorzystany do ograniczenia hałasu emitowanego przez samoloty, wentylatory i systemy HVAC bez zakłócania przepływu powietrza.
Materiał w kształcie pączka jest potencjalnie „bardzo przydatny”, mówi Kathryn Matlack, profesor mechaniki i inżynierii na University of Illinois w Urbana-Champaign, który bada metamateriały akustyczne, ponieważ „większość materiałów tłumiących dźwięk jest solidna i zapobiegać przepływowi powietrza. ”
Aby przetestować metamateriał w laboratorium, badacze z Boston University próbowali uciszyć głośnik. Przymocowali głośnik do jednego końca rury PCV i przymocowali pierścień metamateriału do drugiego. Potem uderzyli w grę.
Cisza.
Patrząc na rurkę PCV, zobaczyli pulsowanie subwooferów głośnika. Ale nic nie słyszeli. Według ich obliczeń materiał zablokował 94 procent dźwięku.
Naukowcy powiedzieli, że to jak naciśnięcie przycisku „wyciszenia”.
Pierścień metamateriału (BU. Zdjęcie Cydney Scott). Metamateriał jest również tani i lekki, mówi Reza Ghaffarivardavagh, doktorantka inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Bostońskim.
„Te funkcje otwierają możliwości dla nowych i ekscytujących aplikacji”, mówi.
Materiał ten może zmniejszyć hałas maszyny MRI, czasami porównywany do młota pneumatycznego. Może być stosowany jako bariera dźwiękowa przed ruchem drogowym. Może być również stosowany zamiast tradycyjnych materiałów dźwiękoszczelnych, takich jak płytki akustyczne lub zasłony. Zewnętrzny kształt nie musi być pierścieniem; może to być wszystko od sześciokąta do kwadratu, więc klienci mogą potencjalnie zamówić estetyczne, niestandardowe ściany dźwiękowe do restauracji lub teatrów.
Cichszy świat nie będzie tylko bardziej relaksujący. Może być również zdrowsze. Istnieje coraz więcej dowodów na to, że „zanieczyszczenie hałasem w środowisku” ma negatywny wpływ na nasze ciała i umysły, zwiększając ryzyko wszystkiego, od chorób serca po zaburzenia funkcji poznawczych. W ubiegłym roku Światowa Organizacja Zdrowia opublikowała wytyczne, aby wesprzeć decydentów w ograniczaniu hałasu w środowisku ze źródeł takich jak samochody, pociągi i turbiny wiatrowe. Nadmierny hałas jest również szkodliwy dla zwierząt innych niż ludzie. Trwają badania nad tym, w jaki sposób zanieczyszczenie hałasem zmniejsza różnorodność biologiczną.
Zhang twierdzi, że metamateriał wzbudził zainteresowanie wielu organizacji z różnych branż, w tym produkcji, energetyki i produkcji samochodów.
„Pracujemy teraz nad wykonalnością każdego potencjalnego zastosowania i projektu” - mówi. „Mam nadzieję, że w ciągu kilku najbliższych lat zobaczymy jakąś formę komercyjną.”
