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Prima Superlente Acustica
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato diversi materiali che piegano la luce in modi che sembrano violare le leggi della fisica, creando le cosiddette superlenti, per immagini ottiche ad altissima risoluzione e mantelli dell'invisibilità. Ora i ricercatori hanno dimostrato che lo stesso tipo di immagini e dispositivi di occultamento potrebbero essere realizzati con il suono anziché con la luce. Utilizzando il primo metamateriale acustico mai prodotto, i ricercatori sono stati in grado di focalizzare le onde ultrasoniche. Questo rappresenta un passo significativo verso la creazione di immagini ad ultrasuoni ad alta risoluzione e dispositivi di occultamento in grado di nascondere le navi dal sonar.
Messo a fuoco : Quando vengono riempiti d'acqua, i fori di questa piastra di alluminio fungono da cavità risonanti che possono focalizzare le onde ultrasoniche.
Le lenti acustiche possono essere fatte per mettere a fuoco il suono proprio come la lente di un microscopio focalizza la luce. Ma la capacità dei fisici di lavorare con entrambi i tipi di onde è limitata dagli effetti di dispersione chiamati diffrazione. Utilizzando lenti convenzionali, non è possibile focalizzare le onde luminose o le onde sonore su uno spot di dimensioni inferiori alla metà della lunghezza d'onda della luce. Per aggirare queste limitazioni, una lente deve rifrangere o letteralmente piegare la luce all'indietro. Nessun materiale naturale ha un indice di rifrazione negativo, ma alcuni materiali accuratamente progettati in laboratorio, chiamati metamateriali, lo fanno. Gli stessi strumenti utilizzati per realizzare materiali in grado di focalizzare le onde luminose o sonore oltre il limite di diffrazione, consentendo l'imaging ad alta risoluzione, possono essere utilizzati anche per realizzare materiali che realizzano il contrario, occultando un oggetto dirigendo la luce o il suono attorno ad esso.
I teorici hanno lavorato su materiali che piegano le onde sonore all'indietro per diversi anni. Un tale metamateriale è stato ora costruito da Nicholas Fang , un assistente professore di scienze meccaniche e ingegneria presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Il dispositivo di focalizzazione del suono del suo gruppo è un array di alluminio di cavità risonanti a collo stretto le cui dimensioni sono sintonizzate per interagire con le onde ultrasoniche. Le cavità sono piene d'acqua. Fang li paragona a una serie di strumenti a fiato, come le canne di un organo. Quando le onde ultrasoniche si muovono attraverso l'array, le cavità risuonano in modo che il suono sia focalizzato. Le cavità lavorano insieme per rifrangere il suono, dice Fang.
Questo è un grande passo avanti per i metamateriali acustici, afferma Steven Cummer , professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Duke University. Cummer è stato coinvolto nello sviluppo del primo dispositivo di occultamento ottico. È una buona conferma sperimentale che le idee dell'elettromagnetismo possono essere estese all'acustica, dice. Trovare un buon modo per farlo sperimentalmente non è stato facile.
Il sistema ecografico, descritto sulla rivista Lettere di revisione fisica , non ha ancora superato il limite di diffrazione. Ma i ricercatori si aspettano che Fang lo sconfigga presto. Sono sicuro che non dovremo aspettare molto, dice John Pendry , professore di fisica teorica dello stato solido presso l'Imperial College di Londra, che ha progettato i materiali utilizzati dai ricercatori della Duke per realizzare il primo mantello dell'invisibilità.
Ci sono molte applicazioni importanti in attesa di un dispositivo di messa a fuoco acustica di successo a lunghezze d'onda inferiori, afferma Pendry. È probabile che la prima applicazione dei metamateriali acustici sia nell'imaging clinico ad ultrasuoni ad alta risoluzione, afferma Fang. Senza pompare più energia nei tessuti, puoi fornire un'immagine più nitida. Tuttavia, osserva che le applicazioni sono molto lontane. Abbiamo eseguito la messa a fuoco, ma non ancora l'imaging, afferma Fang.