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中美联合研发"声场旋转器" 彻底颠覆"耳听为实"

http://www.kexue.com 2014-03-21 10:39:00 科技日报  发表评论

经研究人员设计的一个声场旋转器三维示意图

  美国物理学会和中国南京大学的联合研究小组目前设计出一个称为声场旋转器的简单设备,可以拧转它里面的波阵面,让声音似乎从另一个方向传来。该设备未来有望提高医疗检测设备的精准度或诊断疾病。相关研究成果刊登在最新一期的《应用物理快报》上。

  这个中美研究团队正在探索如何利用超材料,即具备奇特性质的复合材料,创建出以多面性和前所未有方式操纵声音的设备。南京大学物理系、声学研究所教授陈建春(音译)说:“我们研究的超材料装置具有迷人的波浪式控制性能,如隐形或错觉斗篷。这次的声场旋转器被认为是一种特殊的错觉斗篷,具有可使对象在听觉上好像出现了旋转的能力。”

  适用于电磁波和液体波的场旋转器已经得以演示,并在其各自的领域很有发展潜力。陈建春说:“但声波在我们日常生活中更为熟悉,并可以在各种情况下得到应用。”

  据每日科学网2月25日报道,研究人员设计出第一个可行的声旋转模型,并且制作了一个原型加以验证。陈建春说:“我们惊讶地发现,通过使用超材料,声波可以类似于电磁或液波相对物的方式旋转,所以声音终于加入了这个可旋转的‘俱乐部’。”

  研究人员还发现,声学和电磁旋转器可以基于相同的原则进行设计。因此他们选择了各向异性的超材料,其沿不同方向可具有不同的物理性质。

  研究小组表示,这种声场旋转器可提高医疗超声波仪器操作的精确度。旋转声波的能力可以提高超声设备的对比度,允许其摄取受损组织图像,或者以目前还不具备的方式诊断疾病。这将是非常有意义的,因为超声波设备要比其他成像方式更便宜,并且不使用X射线。

  陈建春补充说:“在未来,若与其他类型的组件适当组合,声场旋转器可以作为有益的积木构建具有更丰富的声音处理功能和更复杂的结构。”

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