聲學隱形外罩

發明

通常情況下，水下看不到的物體可以通過聲吶探測得到。但是，現在伊利諾斯大學的聲學隱形技術可以讓你聽都聽不到。由伊利諾斯大學機械科學與工程學教授尼古拉斯·方領導的研究團隊2011年對外公開了這項聲學隱形技術。

多年以來，理論認為可能存在能夠讓物體周圍的聲音轉彎而不反射或吸收的材料。但是，真正實現這種概念具有相當的難度。方教授研究團隊在《物理評論快報》期刊上發表研究文章，介紹了他們的可行性原型，這種聲學隱形外罩可以遮擋很寬的聲波範圍。

聲學隱形外罩由一種超材料製成，這種超材料是一種經過特殊設計的人工材料。方教授的研究團隊設計了一個二維的圓柱形外罩，這種外罩由16個聲音線路構成的同心環組成，可以引導聲波的方向。每個環擁有不同的折射指數，這就意味著聲波速度從外環到內環會發生變化。

聲學隱形外罩基本上就是一系列由隧道相連的洞穴。聲音將通過隧道進行傳輸，這些洞穴將會讓聲波減速。但當聲波繼續前進進入到內環時，速度會越來越快。由於加速需要能量，因此聲波將改為沿外罩外環傳播，在聲音線路內由隧道引導。這種特殊構造的聲學線路實際上就是將聲波彎曲，使其環繞在隱形外罩的外層。

在試驗中，研究團隊利用一個鋼製圓柱體來測試隱形外罩的性能。他們將圓柱體放入水箱中，水箱的一側裝有一個超音波源，另一側裝有一個感測器陣列。然後，他們將隱形外罩蓋住圓柱體，此時再一次聲吶探測已無法找到這個圓柱體。

研究人員還考慮到被隱形物體的結構是否會對聲學隱形現象產生影響。因此，他們還對其他各種不同形狀和密度的物體進行了測試。結果顯示，不管你想隱形什麼結構的物體，效果都是相似的。當我們將聲學隱形外罩蓋住我們想要隱藏的物體後，散射和陰影效果明顯弱化了。”

聲學隱形外罩的一大優點就是可以覆蓋很寬範圍的波長，作用範圍從40千赫到80千赫的超音波。當然，改進後的作用範圍理論上可覆蓋數十兆赫的波長。

研究人員計畫下一步將這種技術投入套用，套用領域包括軍事秘密行動、隔音、醫療衛生等。比如，儘管超音波和其他聲學成像技術在醫學領域非常普遍，但人體內的許多東西會產生干擾，從而破壞了圖像的效果。一種由超材料製成的繃帶或防護物可能會隱藏一些無關區域，從而掃瞄器可以集中對感興趣區域進行檢查。

此外，聲學隱形技術還可以影響非線性聲學現象。對於水下快速移動的物體來說，一個嚴重的問題就是氣穴現象。研究人員相信，他們能夠利用聲學隱形外罩來平衡氣穴現象發生區的能量，從而解決這個問題。