Až budete příště v restauraci, kanceláři nebo na letišti, podívejte se na strop. Mohli byste vidět kruhové panely podobné mrakům nebo žebrované pěnové dlaždice nebo minimalistické dřevěné lamely nebo závěsné proužky, které vypadají jako plachty, nebo jen všudypřítomné šedivé obdélníky každé středoškolské kavárny v Americe. Ačkoli mohou být esteticky příjemné (nebo ne), tyto materiály jsou ve skutečnosti navrženy tak, aby pohlcovaly zvuk a vytvářely tišší pokoj.
Možná si to nevšimneme, ale většina našeho prostředí je ve skutečnosti postavena nebo navržena tak, aby snížila hluk moderního světa. Husté závěsy pomáhají vytvářet ticho ve fantastických advokátních kancelářích. Těžké dřevěné vstupní dveře udržují část hluku z ulice.
Vědci z Bostonské univerzity nyní vytvořili nový druh materiálu, který může blokovat zvuk a zároveň umožnit proudění vzduchu. Je to to, co se nazývá „metamateriál“ - materiál, který byl zkonstruován tak, aby měl vlastnosti, které se v přírodě nenacházejí. Drobný šroubovitý vzor z umělé hmoty uvnitř prstencovité skořápky posílá příchozí zvukové vlny zpět do jejich původů, čímž blokuje zvuk, ale ne vzduch.
„Otázka, zda můžeme umlčet zvukové vlny při současném zachování proudění vzduchu, inspirovala výzkumnou komunitu po celá desetiletí, “ říká Xin Zhang, profesor na Vysoké škole inženýrské v Bostonu, který vedl projekt a spoluautorem článku o materiálu to bylo nedávno zveřejněno v časopise Physical Review B.
Povolení proudění vzduchu je klíčem k některému potenciálnímu použití materiálu. Na tryskový motor nebo dron nemůžete položit tradiční materiál na tlumení hluku a stále ho nechat létat. Nový metamateriál vytištěný ve 3D by však mohl být použit k omezení hluku z letadel, ventilátorů a systémů HVAC, aniž by zasahoval do proudění vzduchu.
Návrh materiálu ve tvaru koblihy je potenciálně „velmi užitečný“, říká Kathryn Matlacková, profesorka mechaniky a strojírenství na University of Illinois v Urbana-Champaign, která studuje akustické metamateriály, protože „nejvíce zvukové tlumící materiály jsou pevné a zabránit proudění vzduchu. “
Pro vyzkoušení metamateriálu v laboratoři se vědci z Bostonské univerzity pokusili umlčet reproduktor. Zapečetili reproduktor na jednom konci trubky z PVC a připojili prstenec metamateriálu k druhému. Pak zasáhli hru.
Umlčet.
Když se podívali do potrubí z PVC, viděli pulzovat subwoofery reproduktoru. Ale nic neslyšeli. Materiál podle jejich výpočtů zablokoval 94 procent zvuku.
Bylo to jako stisknout tlačítko „mute“, řekli vědci.
Prsten metamateriálu (BU. Foto: Cydney Scott). Metamateriál je také levný a lehký, říká Reza Ghaffarivardavagh, doktorandka strojního inženýrství na Bostonské univerzitě.
"Tyto funkce otevírají příležitosti pro nové a vzrušující aplikace, " říká.
Materiál by mohl snížit hluk MRI stroje, někdy přirovnávaného k sbíječi. Může být použit jako zvuková bariéra proti provozu. Lze jej také použít místo tradičních zvukově izolačních materiálů, jako jsou akustické dlaždice nebo záclony. Vnější tvar nemusí být prsten; může to být cokoli od šestiúhelníku po čtverec, takže klienti si mohou potenciálně objednat esteticky příjemné zvukové stěny pro restaurace nebo divadla.
Tišší svět nebude jen uvolňující. Mohlo by to být také zdravější. Roste důkaz, že „znečištění životního prostředí hlukem“ má negativní účinky na naše tělo a mysl, což zvyšuje riziko všeho od srdečních chorob až po kognitivní poškození. V loňském roce vydala Světová zdravotnická organizace pokyny na podporu tvůrců politik při snižování environmentálního hluku ze zdrojů, jako jsou automobily, vlaky a větrné turbíny. Nadměrný hluk je také špatný pro zvířata jiná než člověk. Probíhající výzkum zkoumá, jak znečištění hlukem snižuje biodiverzitu.
Zhang říká, že metamateriál vzbudil zájem řady organizací napříč různými průmyslovými odvětvími, včetně výroby, energetiky a výroby automobilů.
"Nyní pracujeme na řešení životaschopnosti každé potenciální aplikace a projektu, " říká. "Doufám, že v příštích několika letech uvidíme komerční aplikaci v nějaké podobě."
