L’interno dei tubi sottomarini e dei contenitori nucleari chiusi erano inaccessibili, fino a poco tempo fa. I ricercatori di acustica del Penn State College of Engineering hanno sviluppato un modo per convogliare l'energia e trasmettere le comunicazioni attraverso le pareti metalliche utilizzando gli ultrasuoni.
Hanno pubblicato la loro innovazione, un metamateriale acustico basato su pilastri che funziona nella gamma di frequenze degli ultrasuoni, in Physical Review Applied . Secondo i ricercatori, il lavoro potrebbe avere implicazioni per la ricerca nello spazio.
"Se si volesse alimentare un dispositivo, come un sensore di temperatura, all'interno di un involucro metallico come un tubo, le onde ultrasoniche possono trasportare quell'energia al dispositivo", ha detto Yun Jing, professore di acustica e ingegneria biomedica e autore corrispondente dell'articolo. . "Ma in precedenza, le onde non potevano passare attraverso le barriere metalliche che bloccavano il suono, a meno che i trasduttori non fossero a diretto contatto con la barriera."
I ricercatori hanno creato un metamateriale basato su pilastri:una serie di minuscoli pilastri cilindrici posizionati su una piastra metallica che funzionano come risonatori, che vibrano o oscillano per creare risonanza acustica.
Quando il metamateriale è situato tra un trasduttore, un trasmettitore e un ricevitore, aumenta notevolmente la velocità di trasmissione della potenza ultrasonica attraverso una barriera metallica, senza richiedere il contatto diretto tra i trasduttori e la barriera. In precedenza, deboli onde ultrasoniche potevano passare attraverso il metallo, ma non avevano energia sufficiente per alimentare un sensore o trasmettere messaggi attraverso il metallo.
"Con un'estremità stretta e un'estremità più larga come un pilastro, il metamateriale acustico è progettato come un risonatore acustico", ha detto il primo autore Jun Ji, che ha recentemente conseguito il dottorato in acustica alla Penn State. "La forma del metamateriale consente la trasmissione e la ricezione wireless degli ultrasuoni attraverso una barriera metallica."
I ricercatori hanno testato la funzione del campione di metamateriale in due esperimenti. Nel primo, hanno trasmesso energia in modalità wireless attraverso una piastra metallica con il metamateriale utilizzando un trasmettitore e un ricevitore a ultrasuoni, alimentando con successo una luce LED sull'altro lato. Ciò ha confermato la capacità del metamateriale di trasmettere energia attraverso le pareti metalliche.
In un secondo test, hanno trasmesso un'immagine delle lettere "PSU" attraverso una piastra metallica con il metamateriale utilizzando un segnale ultrasonico codificato, confermando che le comunicazioni sono possibili con l'uso del metamateriale che rafforza la trasmissione delle onde ultrasoniche attraverso le barriere metalliche. /P>
La comunicazione wireless e l'alimentazione per gli spazi chiusi possono fornire soluzioni agli ingegneri in diverse aree, come l'esplorazione spaziale, ha spiegato Ji. I contenitori metallici, ad esempio, che trasportano campioni provenienti da altri pianeti richiederebbero un'alternativa wireless per mantenere l'energia elettrica e le comunicazioni.
"Per evitare la potenziale contaminazione dei campioni riportati sulla Terra, il contenitore avrà bisogno di sensori wireless per identificare e comunicare le perdite di pressione", ha affermato Ji.
Le comunicazioni a ultrasuoni, con l'aggiunta del metamateriale, potrebbero essere la soluzione per riportare i campioni sulla Terra nelle condizioni in cui sono stati raccolti, ha affermato Ji.
Ulteriori informazioni: Jun Ji et al, Trasferimento di potenza a ultrasuoni wireless e senza contatto e trasmissione di dati abilitati al metamateriale attraverso una parete metallica, Revisione fisica applicata (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014059
Informazioni sul giornale: Revisione fisica applicata
Fornito dalla Pennsylvania State University
