未来的声音“计算机”使用鲨鱼皮的新型声学智能材料

时间：2022-01-29 09:58:02来源：

USC研究人员通过触发对声音的不同响应来创建可以模仿电气设备的智能材料。

从我们用来聆听我们最喜欢的歌曲或播客的耳机，到潜艇雇用的声音伪装，我们如何传播和经验声音是我们如何与周围世界互动的重要组成部分。声学超材料是设计用于控制，直接和操纵声音的材料，当它们通过不同的媒体时。因此，它们可以设计和插入到抑制或发射声音的结构中。

问题是，传统的声学超材料具有复杂的几何形状。经常由金属或硬塑料制成，一旦创造出来，它们就无法改变。例如，在潜水艇中构造以抑制出噪声的声学设备，以便它可以实现隐身。如果出现不同的条件，例如盟友潜艇希望与通过通信，则相同的声学设备不允许在外部传输声音。

由王朝王某，王朝王，宋善华民族公民和环境工程系的助理教授领导，创造了一种新的智能材料，可以按需随时随地转移。“通过传统的声学超材料，您可以创建一个结构，您可以实现一个属性。用这种新的智能材料，我们可以通过一个结构实现多种性质，“王说。在研究这一新材料时，王某和他的团队发现他们的智能材料具有重新创建属性的能力，包括开关等电子设备，从而显示智能声音传输 - 声音“计算机”的承诺。

王某和他的团队，包括USC Viterbi Ph.D.候选人Kyung Hoon Lee，Kunhao Yu，Xin和Zhangengrong Feng，以及博士后学者Hasan Alba'ba'a，详细介绍了他们的论文中的调查结果“Sharkskin-Insperaive Incleadution Magouse材料，”最近在研究中发表。灵感来自鲨鱼皮肤表面上的真皮义级的双重性质，该团队创造了一种新的声学超材料，其含有磁敏纳米颗粒，其将在磁刺激力下弯曲。这种磁力可以远程和按需改变结构，适应不同的传输条件。

在一个设备中调制多个声学特性

研究人员的声学超材料由橡胶和铁纳米粒子的混合物制成。橡胶提供柔韧性，使材料可逆地且反复弯曲和弯曲，而铁使材料响应于磁场。

为了使结构响应声学输入，王和他的团队必须组装材料，使得它们之间的谐振 - 允许在声传输的变化 - 阻塞或进行声学输入。如果柱子在一起较近，则声波将有效地捕获并防止传播到结构的另一侧。相反，如果柱子进一步分开，声波将容易地通过。“我们使用外部磁场来弯曲柱子并使支柱造成这种状态切换，”领先作者李说。结果是从阻挡声传输到有效地传导声波的位置的位置的偏移。与传统的声学超材料不同，不需要直接接触或压力来改变材料的架构。

声音“计算机”

王和他的团队能够展示他们的智能材料如何模仿三个关键电子设备：开关，逻辑门和二极管。磁敏材料与磁场的相互作用操纵声学传输，以便产生像电路的功能。

要更好地理解，让我们来看看这三种电子设备中的每一个如何工作。

交换机允许通道接通和关闭，例如，在降噪耳机中。在这个例子中，使用由智能声学超材料构建的结构，您可以调整磁场，使MIE谐振器支柱弯曲并允许外部噪声通过。王说，在另一个例子中，可以关闭磁场，柱子将保持垂直，阻挡外部噪音。

通过基于刺激传入到不同输入通道的刺激来触发决策，逻辑门构建了这个想法。在潜艇的情况下，也许您希望声学设备调制多个条件，而不是单数一致：当它收到一个弱信号和一个强信号时，攻击，但在接收到两个强信号时逃离。为了允许多种方案成为决策的一部分，您传统上需要多个设备，每个设备都有多种设备，用于不同的场景。A和栅极操作员描述了仅当输入通道均强时触发某个响应的声学设备。A或栅极操作员描述了当两个信号中的任一信号都强时触发某种决定的声学设备。使用传统的声学超材料，您只能创建一个运营商，从而响应一个条件。随着研究人员开发的新智能声学超材料，王表示您可以按需从AND GATE转换到AND AND AND GATER。在潜艇的情况下，这意味着使用磁场，您可以更改触发攻击命令而不构建新的声学设备的条件。

最后，有一个二极管。二极管是一种装置，其中声学强度在一个方向上高并且在另一个方向上低，因此它提供了声波的单向传输。传统的声学超材料将允许您执行此操作，但再次，您无法更改状态。使用新的智能声学超材料，您可以从二极管状态改变为导体状态，这允许在两个方向上传输，而不是仅一个方向。这在潜艇上的声波伪装的例子中发挥作用，其中有时您希望声学设备仅允许声音只在一个方向上行进和其他时间，您希望它在两个方向上可传输。

“这种变化从未通过传统的声学超材料实现，”王说。