“形状比宇宙中原子还多”的超材料重塑声音控制

智能自优化材料的时代已经开始。一种可编程的超材料被开发出来，突破了传统材料科学的局限。

美国康涅狄格大学的研究人员开发了一种可重构的声学超材料，可以通过弯曲、减弱或聚焦声波来控制声音。

它的应用非常广泛，涵盖了医学成像到隔音等多个领域。

此外，这种材料能够实时调节出“无限”种可能的形状，突破了传统固定超材料的局限。

“这对我们这个领域来说是个大突破，因为通常你只能将材料调谐到少数几个稳定状态，但这个材料的配置数量比宇宙中的原子还要多，”波动工程极端与智能材料（We-Xite）实验室的助理教授Osama R. Bilal在11月25日的新闻发布会上说。

可重构声学超材料

研究团队的目标是开发一种不仅能控制声波，而且在频率和功能上都可以调节的材料。

新设计的超材料是由11×11个非对称柱子组成的网格，每个柱子都有一个或多个凹面，类似于苹果核。

这些柱子并不是固定的，而是由电机分别控制。这种设计允许进行每次一度的微调。

通过重新定向柱子，工程师可以实时调整材料的功能，让它能够随时适应。

声波在网格中传播时会反射到柱子的凹面上。因为每根柱子的角度决定了声波的传播路径，所以这种材料可以被编程来执行不同的功能。

在医学中的应用

最引人注目的应用之一是医学。

比拉尔描绘了这种材料的治疗潜力。

“想象一下脑肿瘤这种情况——你想要摧毁它，但又不能用手术刀去切除。”他解释道。

“一开始，你甚至不能用非常高强度的声波去治疗，”

“所以你需要非常低振幅的声波，只聚焦在一个点上，然后再扩散。”

这项技术可以非侵入性地削弱肿瘤、处理肾结石或操控人体内的小颗粒——这些任务目前用传统方法难以实现或不可能实现。

总体来看，这项技术有望提升医学成像技术。

专家们也在利用这些超材料来减少移动物体上的阻力，旨在节省能源和燃料。

人工智能导航器

设计可能性如此庞大，反而带来了挑战。

由于配置几乎是无限的，手动计算每种配置对声音的影响几乎是不可能的。

为了探索这个宇宙设计领域，团队现在转向人工智能算法和启发式方法。这些工具让我们更好地理解材料在不同配置下的声传播行为。

“最终目标是创造一种完全自主的材料，能够通过机器学习来优化其性能，”

看到这种新型超材料如何推动未来技术发展，真是令人期待。