Forskere udvikler ubåden, der ikke kan spores

Ingeniører fra Duke University i North Carolina offentliggør fredag i tidsskriftet Physical Review Letters, hvordan akustiske metamaterialer kan gøre en ubåd usynlig for sonar.

Indtil videre er der kun tale om en matematisk simulation, som viser, at lydbølger kan afbøjes omkring et objekt, således at bølgerne fortsætter uforstyrret på den anden side af objektet.

Metamaterialer er stadig et meget nyt og uudforsket emne. I naturlige materialer afbøjes bølger kun med et positivt refraktionsindeks. Men metamaterialer kan skræddersys, så indekset kan blive positivt eller negativt.

Usynlighed blev demonstreret i praksis ved et forsøg for et år siden - også på Duke University - hvor fysikeren David Schurig viste, at en genstand kunne skjules i et metamateriale, der blev belyst med radar. Denne demonstration gjaldt altså elektromagnetiske bølger.

Det skete ved hjælp af særligt konstruerede ringe, der var åbnet i den ene side - altså med form som et C. De var udført som kobberledere på glasfiberplader. Når mikrobølgerne passerede dem, opstod der resonans i ringene, som opførte sig som dielektriske materialer med nye og unaturlige magnetiske og elektriske egenskaber.

I det forløbne år har andre forskere fundet frem til, at akustisk usynlighed i 3D i fri luft ikke lader sig gøre. Men den påstand mener forskerholdet nu at have tilbagevist med den aktuelle simulation.

Mulig jordskælvsbeskyttelse

Teorien er tilsyneladende generel, så alle slags bølger i alle slags medier kan afbøjes med et passende udtænkt metamateriale.

»Vi har vist i teorien, at akustiske usynlighedskapper findes. Vores metode viser, hvordan man opbygger et akustisk materiale, som i princippet åbner et hul i rummet og får det, der befinder sig i hullet, til at fremtræde, som om det er forsvundet,« siger professor Steven Cummer på instituttets hjemmeside.

Ingeniørerne mener, at den generelle anvendelse eksempelvis giver mulighed for at bygge søjler i en koncertsal uden at påvirke lyden. Man kunne også tænke sig en anordning, der leder jordskælvsbølger uden om bygninger. Eller havbølger uden om skibe.

Perspektiverne går imidlertid endnu videre end blot til at skabe usynlighed eller uforstyrrethed. Den nye, akustiske teknik gør det muligt at bøje og koncentrere lydbølger på helt nye måder.

Simulationerne blev udført af Steven Cummer sammen med professor Marco Rahm, Bogdan-Ioan Popa og David R. Smith fra Duke University, samt Anthony Starr fra firmaet Sensormetrix i San Diego og professor David Schurig, som nu er professor ved North Carolina State University.

Duke Universitys video om metametarialer

Dokumentation

Pressemeddelelse fra Duke University
Physical Review Letters