موفقیت چشمگیر دانشمندان در حفظ یکپارچگی امواج صوتی

محققان مرکز تحقیقاتی «Advanced Science Research Center» به همراه «Georgia Tech» اولین ترتیب توپولوژیک مبتنی بر مدلاسیون زمانی را به نمایش گذاشتند.

این دستاورد به محققان اجازه می‌دهد تا امواج صوتی را بدون خطر حرکت امواج به سمت عقب یا خنثی شدن به وسیله نقص مواد، در امتداد مرزهای فراماده توپولوژیک پخش کنند. به گزارش Phys، مقاله‌ای که در ژورنال «Science Advances» به چاپ رسیده، امکان تولید دستگاه‌های ارزان‌تر، سبک‌تر و با مصرف انرژی کمتر برای محیط‌های خشن یا خطرناک را فراهم می‌کند. در این مقاله یک پژوهشگر ایرانی، «امیر اردابی» نیز نقش داشته است.

در توپولوژی به بررسی خواص یک شیء که تحت تاثیر تغییر شکل مداوم قرار نمی‌گیرد، پرداخته می‌شود. در یک عایق توپولوژیکی، جریان‌های الکتریکی می‌تواند در امتداد مرزهای جسم حرکت کنند و این جریان در مقابل قطعی ناشی از نواقص شیء، مقاومت می‌کند. پیشرفت اخیر در زمینه فراماده، این قابلیت‌ها را برای کنترل پخش صدا و نور گسترش داده است.

در گذشته پژوهشگران با استفاده از عدم تقارن هندسی برای ترتیب توپولوژیکی در یک فراماده آکوستیک با پرینتر سه بعدی، با یک چالش روبه‌رو شده بودند که آن، امکان حرکت امواج به سمت جلو و عقب بود که استحکام این رویکرد برای ترتیب توپولوژیکی صدا را محدود می‌کند. نوع خاصی از اختلالات یا نواقص در واقع بازتاب پخش صدا در امتداد مرزهای پشتی جسم هستند.

محققان در آزمایش جدید خود برای غلبه بر این چالش، نشان دادند که تقارن معکوس زمانی بجای عدم تقارن هندسی می‌تواند برای القا ترتیب توپولوژیکی مورد استفاده قرار بگیرد. با استفاده از این روش، پخش صدا کاملا یکطرفه می‌شود و شدیدا در برابر اختلال و نواقص مقاوم و مستحکم است.

پژوهشگران برای آزمایش خود دستگاهی را طراحی کردند که از آرایه‌ای از تشدیدکننده‌های پیزوالکتریک دایره‌ای که در چندین شش ضلعی قرار گرفته‌اند، تشکیل شده و به آن یک دیسک نازک از «اسید پلی‌لاکتیک» متصل شده است. این وسیله به مدارهای خارجی متصل شده که وظیفه آن‌ها، تامین سیگنال مدولاسیون زمانی برای شکست تقارن معکوس زمانی است.

محققان با استفاده از طراحی خود می‌توانند امواج صوتی را برنامه‌ریزی کنند و در همین راستا، می‌توان آن‌ها را از مسیرهای دلخواه با کمترین افت کیفیت عبور داد. به گفته پژوهشگران، می‌توان از این فناوری در سونوگرافی، سونار و دستگاه‌های الکترونیکی است.