Sukurtas pirmasis akustinis superlęšis

Kai kurie mokslininkai kuria nematomumo apsiaustus. Tuo tarpu Ilinojaus universiteto profesorius Nicholas Fangas siekia sukurti panašią technologiją, kuri būtų skirta ne šviesos, o garso bangoms. Ateityje tai leistų jūrų laivams tapti nedetektuojamiems sonarais.

Pastaruosius keletą metų mokslininkai sukūrė kelias medžiagas, galinčias keisti šviesos spindulių sklidimo kelią taip, tarsi atrodytų, jog pažeidžiami fizikos dėsniai. Taip buvo sukurtos vadinamieji superlęšiai (angl. superlenses), kuriuos galima naudoti didelės skiriamosios gebos optiniuose skeneriuose ir pritaikyti kuriant fantastikos mėgėjų tarpe populiarius nematomumo apsiaustus. Dabar mokslininkai pademonstravo, kad analogiškai vaizdų registravimo ir nematomumo technologijas galima įgyvendinti vietoj šviesos naudojant garso bangas. Mokslininkai sukūrė pirmąją pasaulyje metamedžiagą (angl. metamaterial), kuria jie sugebėjo fokusuoti ultragarso bangas. Tai – svarbus žingsnis kuriant didelės skiriamosios gebos echoskopus ir kitus ultragarso bangas naudojančius vaizdų registravimo įrenginius. Technologiją taip pat būtų galima pritaikyti kuriant specialius įrenginius, kuriuos naudojantys laivai būtų nematomi sonarams.

Užpildžius skylutes aliuminio plokštelėje vandeniu, jos veikia kaip rezonansinės ertmės, sugebančios fokusuoti ultragarso bangas ©Nicholas Fang

Akustiniai lęšiai garsą fokusuoja panašiai kaip mikroskope esantys optiniai lęšiai fokusuoja šviesą. Tačiau žmogaus galimybes dirbti su šio tipo įtaisais riboja fizikinis sklaidos reiškinys – difrakcija. Naudojant įprastinius lęšius, šviesos arba garso bangų sufokusuoti į tašką, kurio skersmuo būtų mažesnis nei pusė bangos ilgio, neįmanoma. Norint apeiti šiuos apribojimus, lęšis turi laužti spindulius atgaline kryptimi. Nei viena natūrali gamtoje randama medžiaga nepasižymi neigiamu lūžio rodikliu, tačiau kai kurios laboratorijoje sukurtos medžiagos – vadinamosios metamedžiagos – tuo pasižymi. Be to, tais pačiais principais galima pagaminti tiek labai gerai fokusuojančias medžiagas, tiek tokias medžiagas, kurios šviesos arba garso bangas „nuvestų“ aplink jomis padengtus objektus.

Fizikos teoretikai atgaline kryptimi garso bangas laužiančias medžiagas kūrė jau keli metai. Pagaminti pirmąją tokią medžiaga pirmajam pavyko Ilinojaus universiteto (JAV) mechanikos mokslo ir inžinerijos mokslininkui Nicholas Fangui. Jo vadovaujamos grupės pagamintas garsą fokusuojantis įtaisas sudarytas iš aliuminio plokštelėje suformuotų mažyčių rezonansinių ertmių, kurių matmenys parinkti taip, kad rezonansinis dažnis atitiktų ultragarso bangų dažnį. Ertmės užpildytos vandeniu. Pats Fangas jas prilygina oro sroves išnaudojantiems muzikos instrumentams – kai ultragarso bangos juda per ertmių masyvą, šios rezonuodamos fokusuoja garsą reikiama kryptimi.

„Tai svarbus žingsnis akustinių metamedžiagų kūrimo kryptimi“, – sako Duke universiteto elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius Stevenas Cummeris. Jam yra tekę dalyvauti kuriant pirmąjį optinį „nematomumo“ įtaisą. „Tai puikus eksperimentinis patvirtinimas, kad elektromagnetizmo idėjos gali būti pritaikytos akustikoje. Sugalvoti, kaip tai padaryti eksperimentiškai, išties nebuvo lengva“, – sako mokslininkas.

Sukurtoji ultragarso sistema kol kas neperžengė difrakcijos ribos, ribojančios tokių įtaisų skiriamąją gebą. Tačiau mokslininkai prognozuoja, kad Fangui tai neužilgo pavyks. „Aš įsitikinęs, kad mums neilgai liko laukti“, – sako Karališkojo Londono Koledžo teorinės fizikos profesorius Johnas Pendry, dalyvavęs kuriant medžiagas, kurias vėliau jo kolegos iš Duke universiteto panaudojo kurdami nematomumo įtaisus. „Egzistuoja daug svarbių taikymo sričių, kurios laukia sub-difrakcinių akustinio fokusavimo įtaisų“, – sako Pendry. Fango manymu, akustinės metamedžiagos pirmiausia bus pritaikytos medicininėje diagnostikoje. „Ryškesnius vaizdus bus galima gauti audinių nespinduliuojant galingesnėmis bangomis“. Tačiau jis taip pat pažymi, kad praktinio taikymo dar teks luktelėti: „Sugebėjome fokusuoti, bet vaizdus skenuoti – dar ne“.