«Когда вы смотрите в обычное зеркало, свет следует закону отражения: он должен отскакивать от него под тем же углом, под которым попал, — отмечают исследователи в области электротехники и компьютерной техники Университета Дюка. — Такие же правила обычно применяются к звуку, но мы хотели посмотреть, сможем ли вместо этого послать волну в другом направлении».
Чтобы нарушить закон отражения, исследователи должны были разработать устройство, которое может точно контролировать амплитуду и скорость по всей длине волны.
Ученые обратились к метаматериалам — искусственным материалам, которые манипулируют волнами, такими как свет и звук, через их структуру, а не через химический состав. Например, если конкретный метаматериал, разработанный исследователями, сделан из пластика, то важны не свойства пластика, а форма его характеристик, которые позволяют направлять звуковые волны в любом направлении.
Поверхность метаматериала очень похожа на саму волну, c серией каналов различной глубины. Эти глубины спроектированы для точного контроля скорости, с которой звуковая волна отражается от различных точек мета-зеркала. Их волнообразное позиционирование управляет амплитудой звуковой волны.
Как только звуковая волна попадает в мета-зеркало, она отражается от его изогнутых поверхностей и мешает cамой себе. Между формой мета-зеркала и глубиной его каналов эта интерференционная картина приводит к отражению звуковой волны в нужном направлении без поглощения или рассеивания ее энергии в нежелательном направлении.
Хотя прототип устройства специально разработан для одной частоты и угла отражения, исследователи планируют использовать динамическое устройство, которое может изменять форму для отражения различных частот в разных направлениях. Они также планируют работать над аналогичными устройствами для подводной акустики.