美國杜克大學研發新型3D列印特異材料，可以完美重新導向和反射聲波

美國杜克大學研發新型3D列印特異材料，可以完美重新導向和反射聲波

美國杜克大學的研發團隊利用3D列印技術製作了一種特異材料，可以非常有效的控制聲波傳輸的方向。這可以說是第一次如此成功的製作一種材料可以接近完美的來同時傳輸和反射聲音。這種特殊設計的人工材料可以通過材料的紋路結構來改變光線或者聲波的傳輸，從而得到與材料本身化學成分相反的傳播效果。這項研究證明這種材料可以針對多種水下作業應用，比如說聲吶技術等。

這個細小的結構材料是通過3D列印技術來製作出來的。通過工程學設計由一系列的四排列空心柱狀結構組成。每一個空心柱的一側在接近1.5英寸的位置有一個細小的開口，並延伸到中間位置。而每一個空洞的寬度以及空洞與空洞之間的距離都可以根據研究人員對聲波傳播的需求專門設計。其空洞的腔壁會有特定的振動頻率，這樣就可以與相鄰空洞產生共鳴，從而限制和改變聲波的傳輸以及反射。

杜克大學的博士研究生，同時也是這個項目的首席研究員Junfei Li介紹說：「以前的結構材料組件重塑和改變傳輸聲波方向是通過改波前不同區域的速度來實現，但是這種方式總是會發生一些不必要的散射。你必須同時調整控制傳輸和反射的過程和振幅從而讓聲波傳輸接近一個最好的效果。」

一個特殊的計算機程序被設計出來以用於找到特異材料最佳的結構。在這個程序中，研發人員將材料每一面所需的邊界條件輸入進去，以指示需要產出的反應振幅。然後程序會得出一個隨機解決方案，從而再學習到方案可行或不可行，最終在經歷大量不同的重試後找到一個合適的參數設計。

在論證報告中所採用的是一個3000 Hz的聲波。在通過材料結構後，聲波由直線進入到轉出後產生60度的夾角，並且轉向效率達到96%，幾乎接近完美。而以往的類似結構材料轉向傳播效率僅為60%，遠遠低於現在這種新型的材料。相同的系統現在可以成功改變和拓展控制幾乎任何波長的聲波傳播。

杜克大學的電子計算機工程學教授Steve Cummer說：「以往當我們討論聲波的時候，通常藉助於光學透鏡模擬論證波長，但要進行聲波實驗的時候用製作眼鏡相同的方式則是行不通的。現在這種方法可以讓我們非常準確的來操控聲波，就猶如為聲波加上了『鏡片』，比以前任何一種方式都行之有效。」

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