Zamislite troje ljudi zbijenih u krug tako da kada jedan govori, samo jedan drugi čuje. Naučnici su napravili uređaj koji tako funkcioniše, osiguravajući da se zvučni talasi talasaju samo u jednom pravcu.
Uređaj, koji su razvili naučnici sa ETH Ciriha i Švajcarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lozani, sastoji se od šupljine u obliku diska sa tri jednako raspoređena porta od kojih svaki može da šalje ili prima zvuk.
U neaktivnom stanju, zvuk koji se prenosi sa porta 1 se čuje na portove 2 i 3 sa jednakom jačinom. Zvučni talasi se takođe vraćaju na port 1 kao eho.
Međutim, kada sistem radi, samo port 2 čuje zvukove porta 1.
Trik je u uduvavanju uskovitlanog vazduha u šupljinu određenom brzinom i intenzitetom, što omogućava da se zvučni talasi sinhronizuju u obrascu koji se ponavlja. To ne samo da vodi zvučne talase u jednom pravcu, već daje više energije tim oscilacijama kako se one ne bi rasipale. To je kao kružni tok za zvuk.
Naučnici kažu da njihova tehnika može uticati na dizajn budućih komunikacionih tehnologija. Novi metamaterijali bi mogli biti napravljeni da manipulišu ne samo zvučnim talasima, već i potencijalno elektromagnetnim talasima.
„Ovaj koncept nerecipročnog širenja talasa sa kompenzacijom gubitaka je, po našem mišljenju, važan rezultat koji se takođe može preneti na druge sisteme“, kaže viši istraživač Nikolas Noirej.
Poput talasa svetlosti ili vode, zvučni talasi u tipičnom mediju su recipročni, što znači da se njihove oscilacije mogu širiti unazad jednako lako kao i napred.
Za bilo koji par pošiljaoca i primaoca, možete zameniti uloge i funkcija bi ostala ista. Da se vratimo na analogiju od ranije, dvoje ljudi u prostoriji koji razgovaraju na istoj jačini bez ikakvih prepreka mogu jasno da čuju jedno drugo dok se zvučni talasi slobodno kreću u oba smera.
Postoje trenuci kada bi bilo korisno da zvuk nije recipročan, možda kada je potrebno potiskivanje buke. Istraživači sa Univerziteta Teksas u Ostinu su 2014. godine razvili akustični cirkulator, koji je koristio male ventilatore za izduvavanje vazduha kroz rezonantni prsten. Kada zvuk uđe sa jednog od tri porta, zvučni talasi postaju nerecipročni i mogu se čuti samo na jednom od drugih portova, ne na oba.
Međutim, postojala je kvaka: zvuk se raspršio dok je putovao, oslabivši talase koji su stigli na odredište. Tako je tim ETH Ciriha krenuo da spreči da zvučni talasi izgube energiju na njihovom jednosmernom putovanju.
U ovom slučaju, vazduh koji se kovitla niz cev ulazi u prsten iz centra, uzrokujući da zviždi. Ovo stvara samoodržive oscilacije u akustičnom pritisku unutar šupljine. Podešavanjem ovih oscilacija na frekvenciju zvučnih talasa koji ulaze, talasi zapravo mogu dobiti energiju, sprečavajući ih da oslabe.
Tim je napravio akustični cirkulator i testirao njihov dizajn, šaljući zvučne talase sa frekvencijom od oko 800 Hz iz jednog talasovoda i mereći kako su stigli do druga dva.
Naravno, do trenutka kada su talasi stigli do drugog talasovoda, nisu oslabili – naprotiv, zapravo su bili jači nego kada su bili preneti. Na trećem talasovodu nisu detektovani zvučni talasi, što pokazuje da su oba cilja postignuta.
Ironično, ideja koja stoji iza korišćenja oscilacija za jačanje zvučnih talasa nastala je iz rada koji je imao za cilj da ih smanji. Oscilacije u interakciji sa zvučnim talasima mogu biti štetne za neke sisteme, kao što su motori aviona, ali Noirai je shvatio da se i oni mogu iskoristiti za dobro.
Tim kaže da bi akustični cirkulator mogao pomoći drugim naučnicima da proučavaju širenje zvučnih talasa i manipulaciju. Opšti koncept bi se čak mogao primeniti na vođenje elektromagnetnih talasa za bolje radarske ili komunikacione sisteme.
