Helide summutamiseks või peegeldamiseks ehitatakse paljud hotellitoad, helistuudiod ja isegi kodud rohkem või vähem heli levikut pärssivatest materjalidest. Heli suunda juhtivad mehhanismid on aga lapsekingades. Suurema sammu helikontrolli suunas astusid Caltechi (Caliornia Institute of Technology) teadlased, kes valmistasid esimese häälestatava akustilise dioodi ehk seadme, milles heli levib vaid ühes suunas. Artikkel avaldati 24. juulil ajakirjas Nature Materials.
Kokkusurutud kerakeste mittelineaarsus ja asümmeetria võib muuta lüliketi ühte otsa rakendatud kindla sagedusega võnkumised laia spektriga võnkumisteks. Võnkumiste amplituud paistab kollaste maksimumidena.
Akustilise dioodi mõiste juured on elektroonikas. Diood on seade, mis juhib elektrit vaid ühes suunas. Sarnaselt toimib ka heli juhtiv akustiline diood. „Kasutasime ära füüsikalist mehhanismi, mis suudab tekitada teravaid dioodi töörežiimi üleminekuid juhtivasse ja mittejuhtivasse olekusse. Eksperimentide, analüüside ja simulatsioonide vahendusel näitasime, et inimkõrva helitundlikkuse piires on võimalik luua heli ühes suunas läbi laskev seade,“ kirjeldas oma tööd Chiara Daraio, Caltechi aeronautika ja rakendusfüüsika professor.
Uus seade toob täiusliku helitõkke sammukese võrra pärisusele lähemale. Daraio sõnul on võimalik luua olukord, kus inimene ruumis A kuuleb inimest ruumis B, aga mitte vastupidi.
Süsteem põhineb lihtsal elastsete kerakeste, kristallgraanulite, konstruktsioonil. Konstruktsiooni on kergesti seadistatav ja kindlatele helisagedustele ning laiemale spektrile häälestatav. Mitmekülgsus tähendab, et tulevikurakenduste hulka ei kuulu vaid mürakindlustamine.
Sarnaseid lahendusi on välja pakkunud teisedki töörühmad, ent neil on läbilaskevõime tööoleku vahetamine toimunud ajalise viivisega. Teravate binaarsete üleminekute saamiseks valmistas Caltechi meeskond defektiga perioodilise süsteemi. Daraio sõnul on süsteem defekti toimel helirõhu muutustele ülitundlik, mistõttu võidaks seda kasutada akustilistes sensorites. Lisaks heli blokeerimisele on võimalik sissetuleva signaali sagedust tõsta või langetada.
„Tahame kasutada uut tehnoloogiat taastuvenergia tootmisel. Näiteks saame mõne ehitise masinapargi soovimatust mürafoonist elektrit toota. Müra kanduks andurisse ja andur muundaks müra elektriks, sarnaselt piesokristallsüsteemidele. Peenhäälestamisel võib helifoonist välja valida mõne üksiku sageduse ja selle siis kasulikuks elektriks muuta,“ lisab Daraio.
Uurimisrühm plaanib akustilise süsteemi omadusi edasi uurida, keskendades tähelepanu võimalikele uudsetele elektritootmislahendustele. Rühma liikmed loodavad samuti, et tehnoloogiast saab kasu meditsiini diagnostikaaparatuur eesotsas ultraheliseadmetega. Lisaks võivad väljunditeks saada ka soojuslikud materjalid, mille omadusi saab heli kaudu juhtida.
Allikas: PhysOrg