Ko boste naslednjič v restavraciji, pisarni ali letališču, poglejte v strop. Morda boste videli okrogle plošče, podobne oblakom, ali rebraste penaste ploščice ali minimalistične lesene letvice ali viseče transparente, ki so videti kot jadra, ali zgolj vseprisotne sivkaste pravokotnike vseh srednješolskih kavarnic v Ameriki. Čeprav so morda estetsko prijetni (ali ne), so ti materiali dejansko zasnovani tako, da absorbirajo zvok in naredijo prostor tišji.
Morda ne bomo opazili, vendar je velik del našega okolja v resnici zgrajen ali zasnovan tako, da zmanjšuje hrup sodobnega sveta. Debele zavese pomagajo ustvariti tišino v domišljijskih odvetniških pisarnah. Težka lesena vhodna vrata ohranjajo nekaj uličnega hrupa iz hiš.
Zdaj so raziskovalci z univerze v Bostonu ustvarili novo vrsto materiala, ki lahko blokira zvok, hkrati pa omogoča pretok zraka. To je tisto, kar je znano kot "metamaterial" - material, ki je zasnovan tako, da lastnosti, ki jih v naravi ne najdemo. Drobni spiralni vzorec plastike znotraj obročaste lupine pošlje dohodne zvočne valove nazaj k svojemu izvoru in s tem blokira zvok, ne pa zrak.
"Vprašanje, ali lahko utišamo zvočne valove ob ohranjanju pretoka zraka, je desetletja navdihnilo raziskovalno skupnost, " pravi Xin Zhang, profesorica na inženirski fakulteti v Bostonu, ki je vodila projekt in soavtorica prispevka o gradivu to je bilo nedavno objavljeno v reviji Physical Review B.
Dovoljenje za pretok zraka je ključno za nekatere potencialne uporabe materiala. Na reaktivni motor ali na brezpilotni motor ne morete postaviti običajnega materiala za utišanje in še vedno dovoliti letenje. Toda nov metamaterial, natisnjen s 3D, bi lahko potencialno uporabil za zmanjšanje hrupa iz zrakoplovov, ventilatorjev in sistemov HVAC, ne da bi posegal v pretok zraka.
Zasnova materiala v obliki krofov je potencialno zelo uporabna, pravi Kathryn Matlack, profesorica strojnih znanosti in inženiringa na Univerzi v Illinoisu v Urbani-Champaign, ki študira akustične metamateriale, saj je "večina zvočnih olajševalnih materialov trdna in preprečite pretok zraka. "
Da bi preskusili metamaterial v laboratoriju, so raziskovalci univerze v Bostonu poskušali utišati zvočnik. Zvočnik so zatesnili na enem koncu PVC cevi in na drugega pritrdili obroč metamateriala. Potem so zadeli v igro.
Tišina.
Ko so pogledali v PVC cev, so lahko videli zvočnike zvočnikov, ki grmijo. A ničesar niso mogli slišati. Material je po njihovih izračunih blokiral 94 odstotkov zvoka.
Raziskovalci so dejali, da je bilo pritiskanje gumba "nem".
Prstan metamateriala (BU. Fotografija Cydney Scott). Tudi metamaterial je poceni za izdelavo in lahek, pravi Reza Ghaffarivardavagh, doktorica strojništva na univerzi v Bostonu.
"Te funkcije odpirajo priložnosti za nove in zanimive aplikacije, " pravi.
Material bi lahko zmanjšal hrup MRI naprave, ki je včasih primerljiv s kladivom. Lahko bi ga uporabili kot zvočno oviro proti prometu. Uporabljajo jo lahko tudi namesto tradicionalnih zvočnoizolacijskih materialov, kot so akustična ploščica ali zavese. Zunanja oblika ne bi smela biti prstan; lahko je vse od šesterokotnika do kvadrata, zato bi lahko stranke naročile estetsko prijetne zvočne stene po meri v restavracijah ali gledališčih.
Mirnejši svet ne bo samo bolj sproščujoč. Lahko bi bilo tudi bolj zdravo. Vse več je dokazov, da ima onesnaževanje s hrupom iz okolja negativne učinke na naše telo in um, kar povečuje tveganje za vse, od srčnih bolezni do kognitivnih motenj. Lani je Svetovna zdravstvena organizacija objavila smernice za podporo oblikovalcem politike pri zmanjševanju hrupa iz okolja, kot so avtomobili, vlaki in vetrne turbine. Prekomerni hrup je slab tudi za živali, razen človeka. Tekoče raziskave raziskujejo, kako onesnaževanje s hrupom zmanjšuje biotsko raznovrstnost.
Zhang pravi, da je metamaterial vzbudil zanimanje številnih organizacij v različnih panogah, vključno s proizvodnjo, energetiko in avtomobilsko proizvodnjo.
"Zdaj si prizadevamo za reševanje sposobnosti vsake potencialne prijave in projekta, " pravi. "Upam, da bomo v naslednjih nekaj letih videli kakšno komercialno prijavo."
