En ny datasimulering visar de lovande möjligheterna inom det blomstrande topologiområdet. Smart utformade mekaniska strukturer bär ljud uteslutande på ett sätt och är immuna mot fabrikationsfel. Studien har publicerats i Naturfysik .

Tänk dig att avboxa ett nyköpt headset bara för att ta reda på att en hörlur är lätt skadad. Du har all rätt att skicka tillbaka det - trots allt, det kommer aldrig låta så bra som nytt. Dock, med hjälp av någon grundläggande fysik, i framtiden kan det vara möjligt att skapa produkter som skulle bära ljud perfekt även om det finns tillverkningsfel. Forskargruppen för Leidens fysiker Vincenzo Vitelli simulerar material som bara bär ljud på ytan och i en riktning samtidigt som de är immuna mot skador.

Aktiv vätska

Postdoktor Anton Souslov visar en bild från sin simulering (figur), som visar en struktur av ringar som innehåller en så kallad aktiv vätska-en vätska som består av självgående partiklar som bakterier eller rullande kolloider. Systemet var utformat för att innehålla dubbelt så många ringar där den aktiva vätskan cirklar medurs (röd) istället för moturs (blå). Detta ger vätskan inuti ett nät medurs, som visar sig ha en speciell effekt på hur materialet bär ljud.

Oberört ljud

Om du placerar en bomlåda bredvid en av sidorna, ljud sprider sig inte genom hela strukturen. Istället, den kommer bara att röra sig längs kanterna och bara medurs. Skönheten är att eventuella skador, som bucklan till höger, påverkar inte ljudet alls. 'Detta koncept kan vara användbart för att designa ultraljudsutrustning som är immun mot fabrikationsfel, säger Souslov. 'Eller enheter för icke-invasiv kirurgi, där du riktar dig mot tumörer med högintensiv ultraljud. Andra applikationer kan vara ljudisolerade väggar eller till och med optisk fiber, eftersom principen fungerar lika bra för ljusvågor. '

Topologi

Fysikentusiaster kanske känner igen analogin med topologiska isolatorer, som isolerar på insidan men leder elektrisk ström på ytan. Leiden -designen gör samma sak för ljud, och finner också sina rötter i gränssnittet mellan fysik och topologi - ett blomstrande område som var föremål för Nobelpriset i fysik 2016. Topologiska strukturer förblir opåverkade av sträckning eller böjning. Endast extrema deformationer som rivning eller limning ändrar deras egenskaper.