Insinyur Mengembangkan One-Way Sistem Transmisi Untuk Gelombang Suara

JS - Sementara banyak kamar hotel, studio rekaman, dan bahkan beberapa rumah yang dibangun dengan bahan-bahan untuk membantu menyerap atau mencerminkan suara, mekanisme untuk benar-benar mengendalikan arah gelombang suara yang masih dalam tahap awal. Namun, para peneliti di Institut Teknologi California (Caltech) sekarang telah menciptakan perangkat dioda-akustik merdu pertama  yang memungkinkan informasi akustik untuk perjalanan hanya dalam satu arah, pada frekuensi terkendali.

Mekanisme mereka mengembangkan diuraikan dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada 24 Juli dalam Bahan Jurnal Nature. 

Meminjam konsep dari elektronik, dioda akustik adalah komponen yang memungkinkan saat ini - dalam kasus ini sebuah gelombang suara - untuk lulus dalam satu arah, sementara memblokir arus dalam arah yang berlawanan. "Kami dieksploitasi mekanisme fisik yang menyebabkan transisi tajam antara transmisi dan nontransmitting dari dioda," kata Chiara Daraio, profesor fisika aeronautika dan diterapkan di Caltech dan penulis utama studi tersebut. "Menggunakan eksperimen, simulasi, dan prediksi analitis, kami menunjukkan transmisi satu arah suara dalam rentang frekuensi terdengar untuk pertama kalinya."

Ini mekanisme baru membawa ide peredaman suara yang benar lebih dekat dengan kenyataan. Bayangkan dua kamar berlabel ruang A dan ruang B. Ini teknologi baru, Daraio menjelaskan, akan memungkinkan seseorang di ruang A untuk mendengar suara yang datang dari B kamar, namun, itu akan memblokir suara yang sama di kamar A dari didengar di kamar B.

"Konsep transmisi satu arah suara bisa sangat penting dalam akustik arsitektur, atau ilmu dan rekayasa kontrol suara dalam bangunan," kata Georgios Theocharis, seorang sarjana postdoctoral di laboratorium Daraio dan rekan-penulis penelitian.

Sistem ini didasarkan pada perakitan sederhana bola elastis - butiran kristal yang mengirimkan getaran suara - yang dapat dengan mudah digunakan dalam beberapa pengaturan, dapat disetel dengan mudah, dan berpotensi dapat ditingkatkan untuk beroperasi dalam berbagai frekuensi, artinya aplikasi dapat mencapai jauh melampaui kedap suara.

Sistem serupa telah ditunjukkan oleh ilmuwan lain, tetapi mereka semua fitur transisi halus antara transmisi dan nontransmitting negara bukan transisi yang tajam harus lebih efektif mengendalikan aliran gelombang suara. Untuk mendapatkan transisi yang tajam, tim membuat sistem periodik dengan cacat kecil yang mendukung jenis perubahan yang cepat dari "on" ke keadaan "off" transmisi. Menurut Daraio, ini berarti sistem ini sangat sensitif terhadap variasi kecil kondisi operasional, seperti tekanan dan gerakan, sehingga bermanfaat dalam pengembangan sensor akustik ultrasensitif untuk mendeteksi gelombang suara. Sistem ini juga dapat beroperasi pada frekuensi suara yang berbeda dan mampu downshifting, atau mengurangi frekuensi dari sinyal bepergian, sesuai kebutuhan.

"Kami mengusulkan untuk menggunakan efek ini untuk meningkatkan energi-panen teknologi," katanya. "Sebagai contoh, kita mungkin dapat mengais-ngais energi suara dari getaran struktur yang tidak diinginkan dalam mesin dengan mengendalikan aliran gelombang suara dari mesin dan masuk ke transducer transduser kemudian akan mengubah gelombang suara menjadi listrik.." Daraio mengatakan teknologi juga dapat menggeser frekuensi yang tidak diinginkan untuk rentang yang memungkinkan konversi yang lebih efisien untuk listrik.

Tim berencana untuk terus mempelajari sifat fundamental dari sistem ini, dengan fokus pada aplikasi potensi mereka untuk pemanenan energi sistem. Mereka juga percaya bahwa sistem ini mungkin berlaku untuk berbagai teknologi termasuk perangkat ultrasound biomedis, pengendalian kebisingan maju, dan bahkan bahan termal ditujukan kontrol suhu.

"Karena konsep yang mengatur propagasi gelombang bersifat universal ke banyak sistem, kita membayangkan bahwa penggunaan cara baru untuk mengontrol energi bisa memungkinkan desain banyak bahan termal dan akustik canggih dan perangkat," kata Daraio.

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation, Office of Naval Research, dan A. S. Onassis Benefit Foundation.