I en pilotstudie, forskare från North Carolina State University och Haverford College har använt naturligt uppkomna akustiska vibrationer - eller ljudvågor - för att övervaka tillståndet hos granulära material. Detta passiva tillvägagångssätt representerar ett sätt att undersöka störda eller granulära material utan att störa dem, och kan göra det möjligt för forskare att förutse misslyckandet av dessa material.

Korniga material, som marken under oss, kan misslyckas genom spontana händelser som jordbävningar. Men det är svårt att sondera eller mäta dessa material för att förutsäga fel. Haverford College fysiker och tidigare postdoktoral forskare i NC State Ted Brzinski och NC State fysiker Karen Daniels bestämde sig för att undersöka ljudvågor som härrör från materialet för att karakterisera materialets olika vibrationslägen.

Vibrationslägen är de sätt på vilka något kan svänga, eller flytta internt. En liten molekyl kan bara svänga på några sätt, till exempel, men större objekt kommer att ha fler lägen, som påverkas av både platserna och massorna av komponenterna. I ett stört eller amorft system av granulära material, som smuts eller grus, antalet lägen blir snabbt för stort för att antingen förutsäga eller mäta direkt.

Dock, varje läge har en särskild akustisk frekvens kopplad till den. Brzinski och Daniels tillvägagångssätt mäter frekvenserna för de aktiva vibrationslägena i materialet, ger dem en akustisk ögonblicksbild av materialets övergripande "hälsa".

För att testa deras teknik skapade de ett granulärt system bestående av 8, 000 cirkulära och elliptiska polymerpärlor. De registrerade de akustiska utsläppen från över 1, 100 stick-slip-händelser-vilket är vad som händer när tektoniska plattor glider förbi varandra i en jordbävning-och klassificerar frekvenserna som finns i akustiska signaler i samband med överhängande misslyckande.

"Lägre frekvenser är associerade med" diskett "-lägen, vilket betyder att det finns mycket mer rörelse, medan högre frekvenser är associerade med styva eller styva lägen, "säger Brzinski." Vad människor har sett i modellsystem är att eftersom du har fler diskettlägen än förväntat, ju närmare du är att tappa styvhet. Glidningen uppstår när styvheten går förlorad. Våra test bekräftade dessa modellsystemresultat - fel uppstod när det fanns fler lågfrekventa lägen än förväntat. "

"Men det är inte bara att lyssna för att se vilka ljudfrekvenser som finns, vi måste titta på andelen lägen, "säger Daniels." Vi vet att material nära ett fel har många lågfrekventa lägen. Vår metod räknar antalet olika typer av lägen för att förutsäga misslyckanden. Det fina med tekniken är att du kan övervaka systemet utan störningar - bara genom att lyssna. Metoden är ganska enkel, och det kan låta oss förutse beteendet hos störda material. "

Forskningen visas i Fysiska granskningsbrev .