Kluczem do zrozumienia przełomu jest zrozumienie istoty metamateriałów. To sztucznie zaprojektowane struktury, których właściwości fizyczne wynikają z geometrii i wewnętrznej budowy, a nie wyłącznie z właściwości chemicznych tworzących je pierwiastków.
Metamateriały już dzisiaj decydują o rozwoju optyki i fotoniki, bo to właśnie dzięki ich właściwościom powstają nieklasyczne soczewki, anteny czy filtry. Przykładowo supersoczewki potrafią przełamać barierę dyfrakcyjną. Pozwalają też na tworzenie maskowania radarowego oraz lekkie struktury pochłaniające energię uderzenia. Teraz pora na to rozwiązanie pojawia się w przypadku inżynierii akustycznej, w przypadku której zmiany może odczuć każdy.
Głośnik, który kierunkuje dźwięk. To jak soczewka akustyczna dla każdego
Po co w zasadzie rozwijać głośnik, gdy dźwięk, jako falę, można nakierować dzięki odpowiedniej konstrukcji? Na pierwszy rzut oka takie rozwiązanie ma spore szanse na znalezienie zastosowań komercyjnych. Zamiast słuchawek – dźwięk w przestrzeni publicznej kierowany do jednej osoby i indywidualny przekaz reklamowy zamiast ogólnego komunikatu mogą podziałać na wyobraźnię. Oprócz tego przekonujące może być 100 procent prywatności podczas połączenia.
To wszystko jest możliwe dzięki specyfice dźwięku, który rozchodzi się inaczej niż fala światła. Dźwięk rozprzestrzenia się na wiele kierunków i z reguły jest to problemem. Stąd też najczęściej zamykamy go w rozwiązaniach nakierowujących, jak konstrukcja słuchawek. W tym przypadku chodzi jednak o rozwiązanie, które może dostarczać dźwięk do jednej osoby bez całego zabudowania.
Naukowcy z Politechniki w Pohang (POSTECH) opublikowali w Nature Communications publikację opisującą głośnik, który można reprodukować niewielkim kosztem, a przy tym potrafi dostarczać dźwięk w konkretnym kierunku. Wysokokierunkowy głośnik MiPAL wykorzystuje macierz parametryczną. Technologia ta moduluje fale ultradźwiękowe ze słyszalnymi treściami, by wykorzystać nieliniowe zachowanie dźwięku w powietrzu.
Czytaj także: Eufy i Soundcore znikają? Anker na IFA zmienia sposób działania i prezentuje mnóstwo produktów
Do tego celu zintegrowano dwa rodzaje metamateriałów w jeden przetwornik ultradźwiękowy. Na froncie zamontowano akustyczną metapowierzchnię. Ta działa jak soczewka, która przekształca nieregularne frontowe elementy fal ultradźwiękowych emitowanych przez membranę na bardziej wąski i kierunkowy strumień, niczym laser. Elastyczne elementy z metamateriałów umieszczono też z tyłu, a ich zadaniem jest zachowywanie się niczym bariera dla dźwięku, co ma powstrzymać odbicia i rozchodzenie się dźwięku na strony.
Do komercjalizacji jeszcze daleka droga, ale perspektywy są obiecujące
Technologia nie ma jeszcze pełnego potencjału do tego, by bezproblemowo zaadoptował ją klient końcowy. Uczonym udało się z pomocą głośnika z metamateriałów przekazać dźwięki w zakresie od 500 Hz do 10 KHz. Dla kontekstu: standardowe słuchawki czy głośniki odtwarzają zakres od 20 Hz do 20 KHz. Badacze przeprowadzili jednocześnie test na zwykłych słuchaczach i rezultaty są obiecujące: badani zwrócili uwagę na lepszą klarowność komunikatów w symulowanym środowisku samolotu.
Czytaj także: Tytan, który unosi się na wodzie. Powstał materiał o zadziwiających właściwościach
Uczeni z Korei nie chcieli stworzyć rozwiązania, którego koszty zaprzeczałyby szansom na komercyjne wdrożenie. Dlatego też postawili na modularną budowę oraz łatwość druku 3D, dzięki czemu rozwiązanie może być łatwo odtwarzane w fabrykach, a przy tym odtwarzane z uwzględnieniem indywidualnych potrzeb odbiorców. W ten sposób rozwiązanie może zagościć między innymi na pokładach pojazdów, gdzie komunikaty będą adresowane do wielu odbiorców jednocześnie.
