科技日報記者 符曉波
(資料圖片僅供參考)
29日，記者從廈門大學(xué)獲悉，該校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳煥陽教授團隊利用變換聲學(xué)和散射理論，設(shè)計出一款“聲幻覺殼”，該裝置可以欺騙聲吶或耳朵，實現(xiàn)聲錯覺，這一獨特技術(shù)在聲學(xué)器件設(shè)計、反聲吶探測偽裝等方面有廣闊應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果近日以《三維全向聲幻覺》為題發(fā)表在《物理評論應(yīng)用》雜志上，同時被《自然》雜志作為亮點報道。
“形象地說，通過我們的裝置，聲吶會將一塊鐵探測為一條魚?！标悷柦淌诮榻B，這是一個類似于高爾夫球樣的球形殼，當(dāng)物體放置在這個殼體內(nèi)時，探測器會將該物體誤認為另一個物體。
陳煥陽教授團隊設(shè)計的類似高爾夫球的裝置可以改變放置在里面的物品的散射聲波。廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院供圖
這一技術(shù)在學(xué)術(shù)界被稱作“聲隱身術(shù)”，即通過精準調(diào)控物體散射的聲波來“欺騙”探測器，實現(xiàn)隱藏物體的目的。而此次陳煥陽教授團隊成果，不僅實現(xiàn)了“聲隱身”，還能將目標物識別為其他，產(chǎn)生“聲幻象”，被認為是一種“聲隱身術(shù)”的特例。
一般理論認為，實現(xiàn)聲隱身的關(guān)鍵在于找到能讓物體周圍的聲波轉(zhuǎn)彎而不反射或吸收的超材料，但制備這樣的超材料相當(dāng)有難度。
早在2007年，陳煥陽教授發(fā)現(xiàn)了聲波方程與直流電導(dǎo)方程的一一對應(yīng)關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)建立了與變換光學(xué)類似的變換聲學(xué)。此項工作入選2008年度世界物理學(xué)重大研究進展。
隨后多年，陳煥陽教授團隊持續(xù)在這一方向展開深入研究。團隊發(fā)現(xiàn)當(dāng)殼層材料參數(shù)沿矢徑方向滿足共振條件并保證內(nèi)外邊界阻抗匹配時，可以用來替代原來所需的極端各向異性材料（具有零或無窮大的數(shù)值）。經(jīng)過嚴格解析計算，研究人員提出一種三維聲全向幻象，即通過精確地消除和重建聲場可將一個物體“轉(zhuǎn)換”為另一個物體。
研究人員認為，高爾夫球上的凹坑形狀和大小并不固定，這蘊含著豐富的空氣動力學(xué)和表面幾何原理。實驗人員參考經(jīng)典高爾夫球的表面劃分方法,利用光敏樹脂3D打印制備了一個形似高爾夫球的“聲幻覺殼”。實驗中，當(dāng)一個物體被放置在殼內(nèi)時，其散射的聲波與其他物體的預(yù)期聲波相匹配，可模仿出其他物體的聲波散射場。理論預(yù)測與實驗測量結(jié)果吻合較好。
該團隊表示，這一裝置極大簡化了材料參數(shù)，適用于不同入射源及不同形狀，使聲錯覺在實際應(yīng)用中更加可行。
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關(guān)鍵詞： 高爾夫球
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