Американские инженеры из USC Viterbi создали звукопоглощающий метаматериал, который можно включать и выключать посредством электромагнитного воздействия. В состав материала входят магнитные наночастицы, под воздействием электромагнитного поля меняющие геометрию его структуры, что позволяет активировать или блокировать его звукопоглощающие свойства вместе с изменением знака модуля упругости материала.
Материал отпечатан на 3D-принтере и поглощает не только звуки, но и механические вибрации. С помощью метаматериалов можно менять частоту волн, их направление, блокировать их распространение или, наоборот, пропускать их туда, куда ранее они проникнуть не могли.
Однако до сих пор свойства метаматериалов после проектирования и распечатки оставались неизменными. Команда инженеров под руководством Цимина Вана (Qiming Wang) решила добавить в упругий полимер магнитные наночастицы железа, которые под воздействием магнитного поля становятся источником внешней нагрузки и деформируют изначальную структуру, меняя ее свойства. Деформация при этом полностью обратимая: вернуть материалу звукопоглощающие свойства можно отключением магнитного поля.
Для проверки технологии разработчики выбрали метаматериал, блокирующий прохождение звуковых волн. Его структура представляет собой решетку из полых полимерных трубочек, соединенных в небольшую периодическую решетку. Именно за счет правильно подобранной геометрии полостей этот материал не пропускает через себя звуковые волны. Благодаря этой геометрии для решетки становится характерен отрицательный модуль упругости: в ответ на внешнюю нагрузку материал не сжимается, а наоборот, растягивается. Добиться такого поведения можно только в определенном диапазоне механических напряжений, но, выйдя за пределы этого диапазона, материал можно привести в состояние с положительным модулем упругости (что и достигается с помощью магнитного поля, в котором материал сжимается).
Данный функционал, как отмечают инженеры, будет полезен в работе различных акустических устройств, а в дальнейшем пригодится для фокусировки и преломления звуковых волн. В будущем команда, разработавшая метаматериал, планирует исследовать отрицательную рефракцию, при которой волна после взаимодействия с материалом отражается под неестественным углом, а также создать более крупные и мелкие тестовые образцы, которые позволят им работать с более широким спектром частот.