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美国大学可以打破声波前后一致方向的原则,改善自动驾驶车的通讯。

 

来源:本文章来源于网络 | 时间:2020-03-26 10:47:54

[向导]美国布法罗大学的研究人员打破了声学互易定理,允许声波发出并返回不一致的声音,也许还能改善自动驾驶汽车之间的交流。

在物理学中,声波总是沿着相同的方向移动,除非声波遇到障碍物(如摩天大楼、风、人)而失去能量。然而,如果你能打破这一规律,在障碍物周围引导声波,或者允许物体在特定的方向完全吸收声波,它就能改变电子、光子和声学设备的设计和使用。

资料来源:纽约州州立大学,布法罗

据外国媒体报道,位于布法罗的纽约州立大学(UniversityatBuffalo)的工程师们已经朝这个方向迈出了一步,他们致力于一个名为时空超材料的新兴领域,该领域已经证明了破坏声波的相互作用定理。

布法罗工程和应用科学学院机械和航天工程助理教授、该项目的首席研究员穆斯塔法努赫博士说:我们通过实验证明,有可能打破声波中材料性质随时间和空间变化的互惠定理。

为了进行实验,努阿和学生们制作了一种普通热塑性塑料(丙烯酸丁二烯苯乙烯,abs)条制成的梁,该梁装有20个矩形铝谐振器。

工程师们用马达对每个谐振器进行编程,成对排列,旋转45度。例如,第一个谐振器是0度,第二个是45度,第三个是135度。下一组四个谐振器重复相同的模式,以此类推。

这种旋转考虑了空间因子(45度角度间隔)和时间因子(指向不同角度的毫秒数),因此被称为时空变化超物质。

当旋转谐振器被激活时,它看起来像一个汽车活塞,而不是上下跳动。然而,旋转是改变梁的刚度,即抵抗外力变形的能力。

在测试梁之前,研究小组进行了计算机模拟,预测当刚度迅速变化时,相互作用将被破坏。换句话说,谐振器旋转得越快,就越有可能破坏互易定理。

因此,工程师将电机转速提高到每分钟2000转。为了验证速度足够快,工程师通过压电驱动器将振动(声波)传送到梁上。诺阿和学生们使用了扫描激光多普勒振动仪和热成像照相机(以确保轻微的温度波动不影响实验),并发现声波返回到声波发射地的方式与最初产生声波的过程有很大不同。

在另一次测试中,谐振器的速度仅为100rpm,光束的刚度几乎没有变化。努阿和学生发现,返回声波发射地的声波的模式与以前相同,这表明互易定理并没有被打破。

以这种方式操纵声波,是第一次证明声波可能有很多用途。例如,可以创造一堵墙,这样声音就可以很容易地向一个方向传递,而不是向相反的方向传递;它还可以改善自动驾驶汽车之间的通信方式;它还可以通过超声波提高医学成像的分辨率,而超声波往往受到一种叫做反射伪影的现象的限制,这种现象可能导致医生误解图像。

然而,努阿警告说,实验室的结果还没有做好商业化的准备。例如,研究小组制作的横梁太大,可能需要用3D打印或其他纳米制造工具缩小光束。此外,团队使用的材料升温得太快,可能需要更先进、更昂贵的材料来解决这个问题。

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