Ingenieurs van de universiteiten van Sussex en Bristol hebben met blokjes metamateriaal een lens gemaakt die geluid kan richten en focusseren. De lens is flexibel: door de blokjes anders te rangschikken verandert de lens.

Metamaterialen zijn objecten die een aparte structuur hebben, die iets wegheeft van een doolhof. Dergelijke materialen hebben door de rare vorm ongewone effecten op golfverschijnselen zoals licht en geluid. De brekingsindex van een metamateriaal is bijvoorbeeld negatief, en in een plat vlak werkt het materiaal als een lens (lees: ‘Mysterie metamateriaal ‘)

De Britse onderzoekers gebruiken die eigenschappen om geluid te manipuleren. Daarin zijn ze niet uniek (lees: ‘Legosteentjes vormen akoestisch hologram’), maar hun aanpak is wel bijzonder. Meestal wordt zo’n metamateriaallens voor één bepaald geluidseffect ontworpen, en dat is het dan. Het Interact Lab, een samenwerking van de afdelingen Engineering en Informatics en Mechanical Engineering, kiest een aanpak die lijkt op die van ministeck, waarbij het insteken van gekleurde pinnetjes in een matrijs resulteert in een afbeelding.
 

De blokjes metamateriaal.


De matrijs is een rooster waar de blokjes metamateriaal in worden gestoken. De blokjes zijn allemaal verschillend: de één verschuift de fase van het binnenkomende geluid met 1/8 golflengte, een andere met 1/4, enzovoort. Door de blokjes slim te combineren is elk gewenst geluidspatroon te maken. De metablokjes zien er uit als meanderende slinger, een kronkelende golfpijp. Ze zijn met een 3D-printer gemaakt van plastic, en hebben een afmeting van 4,3 bij 8,6 mm. Die maat is afgestemd op de 40 kHz frequentie (golflengte 8,66 mm) van het ultrageluid dat de onderzoekers gebruiken.


Zweven

Met de flexibele metalens is het mogelijk de geluidsbundel vrijwel elke gewenste vorm te geven: je kan hem een bepaalde richting op buigen, op een bepaalde afstand concentreren of de golf in de vorm van een fles persen, waardoor het mogelijk wordt om een licht voorwerp in die bundel te laten zweven (lees: 'Deeltjes manipuleren met geluid').
 

Geluid vormt een 'fles', waarop een balletje kan zweven.


Los van deze spielerei zijn mogelijke toepassingen vooral te vinden in de medische sector. Gefocusseerd ultrageluid kan bijvoorbeeld een specifiek deel van het lichaam verwarmen. Ook in de industrie kan de techniek nuttig zijn, bijvoorbeeld voor onderzoek naar scheurtjes in materialen. Een Brits bedrijf werkt zelfs aan onzichtbare drukknopjes die in de lucht hangen (lees: 'Trillende drukknopjes in de palm van je hand').

Anders dan bij ministeck, waar de kleuren direct de afbeelding laten zien, is het opbouwen van de lens complex en niet te doen zonder hulp van de computer. Om een bruikbaar rooster te maken is speciale software nodig. In die software geeft een gebruiker de gewenste geluidsvorm aan, waar de computer vervolgens de juiste combinatie van blokjes metamateriaal bij zoekt.


 

Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.