Метаматериалы — то есть, созданные искусственно и обладающие исключительными свойствами — обычно имели фиксированные функции, ограниченные выполняемой ими задачей. Задачей ученых из Университета Коннектикута была разработка метаматериала, который не только контролирует звуковые волны, но и позволяет регулировать частоту и функцию.

Новый метаматериал состоит из сетки асимметричных столбиков (11 × 11), каждый из которых имеет одну или несколько вогнутых граней, напоминающих огрызок яблока. Эти столбики не закреплены неподвижно. Движением каждого их них управляют моторы. Такая конструкция позволяет осуществлять точную регулировку с шагом поворота в один градус, пишет IE.

Изменяя ориентацию столбиков, инженеры могут настраивать свойства материала в режиме реального времени, мгновенно адаптируя его под различные задачи.

Звуковые волны, проходящие через сетку, отражаются от вогнутых граней столбиков. Поскольку угол наклона каждого столбика определяет траекторию, материал можно запрограммировать на выполнение различных функций.

Одна из наиболее интересных сфер применения метаматериала — медицина. Его можно использовать для фокусировки звуковых волн с предельной точностью, усиливая их воздействие в одной точке. Воздействием направленных звуковых волн можно неинвазивно ослаблять раковую опухоль, воздействовать на почечные камни или управлять мельчайшими частицами внутри человеческого тела — задачи, которые в настоящее время трудно или невозможно выполнить с помощью традиционных методов. В целом, эта технология обещает усовершенствовать методы медицинской визуализации, такие как ультразвук и акустический пинцет.

Другой вариант применения — уменьшение сил сопротивления движущихся объектов ради экономии энергии и топлива.

«Это большое достижение для нашей области, поскольку обычно существует несколько стабильных состояний, на которые можно настроить материал, но теперь у нас больше конфигураций, чем атомов во Вселенной», — заявил Усама Р. Билал, один из исследователей.

Правда, огромное количество конфигураций материала ставит перед разработчиками новую проблему: рассчитать вручную, как каждая из них повлияет на звук, невозможно. Чтобы ориентироваться в этом космическом пространстве проектирования, команда решила обратиться к алгоритмам ИИ и эвристике.

«Конечной целью станет полностью автономный материал, обладающий как способностью, так и интеллектом для оптимизации своих характеристик посредством машинного обучения», — пообещал Биллал.

Недавняя разработка специалистов из США может изменить подход к управлению шумом. Широкополосный акустический глушитель из метаматериала блокирует звук, сохраняя при этом воздушный поток.