声学发明增强超声波进入封闭金属空间

直到最近，水下管道和封闭的核容器的内部还无法进入。宾夕法尼亚州立大学工程学院的声学研究人员开发了一种使用超声波通过金属墙传递能量和传输通信的方法

他们在《应用物理评论》上发表了他们的创新，一种在超声频率范围内工作的柱状声学超材料。研究人员表示，这项工作可能会对太空研究产生影响

“如果你想在管道等金属外壳内为温度传感器等设备供电，超声波可以将能量输送到设备上，”该论文的通讯作者、声学和生物医学工程教授Yun Jing说。“但以前，除非换能器与声屏障直接接触，否则声波无法穿过会阻挡声音的金属屏障。”

研究人员创造了一种基于柱的超材料：一组位于金属板上的微小圆柱形柱，用作谐振器，振动或振荡以产生声共振

当超材料位于换能器发射器和接收器之间时，它显著提高了通过金属屏障的超声功率传输速率，而不需要换能器和屏障之间的直接接触。以前，微弱的超声波可以穿过金属，但它们缺乏足够的能量为传感器供电或通过金属传递信息

第一作者Jun Ji最近在宾夕法尼亚州立大学获得了声学博士学位，他说：“声学超材料的窄端和宽端像柱子一样，设计得像声学谐振器。”。“超材料的形状允许通过金属屏障无线传输和接收超声波。”

研究人员在两个实验中测试了超材料样品的功能。在第一个实验中，他们使用超声波发射器和接收器通过带有超材料的金属板无线传输电力，成功地为另一侧的LED灯供电。这证实了这种超材料通过金属壁传输能量的能力

在第二个测试案例中，他们使用编码的超声波信号通过带有超材料的金属板传输字母“PSU”的图像，确认使用超材料加强超声波通过金属屏障的传输可以进行通信

季解释说，用于封闭空间的无线通信和电力可以为工程师提供多个领域的解决方案，例如太空探索。例如，携带其他行星样本的金属容器需要无线替代品来维持电力和通信

“为了避免样本被带回地球的潜在污染，容器将需要无线传感器来识别和沟通压力泄漏，”季说

Ji说，超声波通信——加上超材料——可能是将样本在采集条件下送回地球的解决方案