热点聚焦：借鉴高尔夫球结构 我科学家发明“声幻觉壳”

• 2022-08-29 15:52:19 来源：科技日报

科技日报记者 符晓波

29日，记者从厦门大学获悉，该校物理科学与技术学院陈焕阳教授团队利用变换声学和散射理论，设计出一款“声幻觉壳”，该装置可以欺骗声呐或耳朵，实现声错觉，这一独特技术在声学器件设计、反声呐探测伪装等方面有广阔应用前景。相关研究成果近日以《三维全向声幻觉》为题发表在《物理评论应用》杂志上，同时被《自然》杂志作为亮点报道。

【资料图】

“形象地说，通过我们的装置，声呐会将一块铁探测为一条鱼。”陈焕阳教授介绍，这是一个类似于高尔夫球样的球形壳，当物体放置在这个壳体内时，探测器会将该物体误认为另一个物体。

陈焕阳教授团队设计的类似高尔夫球的装置可以改变放置在里面的物品的散射声波。厦门大学物理科学与技术学院供图

这一技术在学术界被称作“声隐身术”，即通过精准调控物体散射的声波来“欺骗”探测器，实现隐藏物体的目的。而此次陈焕阳教授团队成果，不仅实现了“声隐身”，还能将目标物识别为其他，产生“声幻象”，被认为是一种“声隐身术”的特例。

一般理论认为，实现声隐身的关键在于找到能让物体周围的声波转弯而不反射或吸收的超材料，但制备这样的超材料相当有难度。

早在2007年，陈焕阳教授发现了声波方程与直流电导方程的一一对应关系，这一发现建立了与变换光学类似的变换声学。此项工作入选2008年度世界物理学重大研究进展。

随后多年，陈焕阳教授团队持续在这一方向展开深入研究。团队发现当壳层材料参数沿矢径方向满足共振条件并保证内外边界阻抗匹配时，可以用来替代原来所需的极端各向异性材料（具有零或无穷大的数值）。经过严格解析计算，研究人员提出一种三维声全向幻象，即通过精确地消除和重建声场可将一个物体“转换”为另一个物体。

研究人员认为，高尔夫球上的凹坑形状和大小并不固定，这蕴含着丰富的空气动力学和表面几何原理。实验人员参考经典高尔夫球的表面划分方法,利用光敏树脂3D打印制备了一个形似高尔夫球的“声幻觉壳”。实验中，当一个物体被放置在壳内时，其散射的声波与其他物体的预期声波相匹配，可模仿出其他物体的声波散射场。理论预测与实验测量结果吻合较好。

该团队表示，这一装置极大简化了材料参数，适用于不同入射源及不同形状，使声错觉在实际应用中更加可行。

 

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