Даджун Чжан, аспирант Висконсинского университета в Мадисоне, разработал технологию, которая позволяет управлять положением и движением предметов под водой при помощи одних лишь акустических волн. Ключом к успеху стал метаматериал — инновационная композитная структура, обладающая особыми свойствами, которых нет у обычных материалов.
Поверхность метаматериала, созданного Чжаном, имеет крошечные зубчатые выступы, которые отражают направленные на него звуковые волны в разных направлениях. За счет этого отражения система из нескольких динамиков заставила фрагмент метаматериала, а вместе с ним и прикрепленный к нему объект двигаться или вращаться в заданном направлении.
Ключевой сложностью в реализации технологии стало создание самого метаматериала. Существующие методы их производства не обеспечивали нужного качества или оказались слишком дорогими. Чтобы решить эту проблему, Чжан разработал собственную методику изготовления, которая отличается низкой стоимостью, высокой точностью и значительным контрастом между акустическим импедансом метаматериала и водой.
В ходе экспериментов Чжан успешно управлял как плавающими на поверхности объектами — деревянными, восковыми и пластиковыми, так и предметами, полностью погруженными в воду. В случае подводных объектов, новая техника позволила манипулировать ими сразу в трех измерениях. Это стало возможным благодаря точной настройке звуковых волн, которые отражались от поверхности метаматериала.
У инновационной технологии широкие перспективы для применения в самых разных сферах. Например, она может облегчить работы в подводных условиях, где прямой доступ к объектам затруднен. Но еще более захватывающим представляется ее применение внутри человеческого тела, которое на 60−70% состоит из воды. Потенциально такая технология может лечь в основу дистанционного управления медицинскими устройствами или обеспечить целенаправленную доставку лекарств строго в заданные участки организма.
В будущем ученый планирует усовершенствовать свою разработку, сделав ее более гибкой и компактной. Он надеется, что его работа положит начало принципиально новым решениям в медицине и робототехнике — от малоинвазивных хирургических вмешательств до создания манипуляторов для автономных подводных роботов.
«Наше исследование открывает новые возможности как для создания подводных акустических метаматериалов, так и для дистанционного, бесконтактного манипулирования объектами с их помощью», — подчеркнул Чжан. «Акустические метаматериалы и метаповерхности можно использовать для дистанционного перемещения объектов под водой или внутри тела человека, и возможности этой технологии только начинают раскрываться».
Ранее российские ученые смоделировали уникальный метаматериал для систем связи 6G.
