پژوهشگران دستگاهی ساخته‌اند که امواج صوتی را فقط در یک جهت هدایت می‌کند

صدا در فضا هم به سمت جلو منتشر می‌شود و هم به عقب، به این معنا که فردی که در نزدیکی ایستاده است، می‌تواند صدای شما را بشنود و شما نیز می‌توانید صدای او را بشنوید. حال، تصور کنید سه نفر در دایره‌ای جمع شده‌اند، به‌طوری‌که وقتی یکی صحبت می‌کند، تنها یک نفر دیگر صدای او را می‌شنود. دانشمندان دستگاهی طراحی کرده‌اند که به همین صورت عمل می‌کند و تضمین می‌کند امواج صوتی فقط در یک جهت منتشر شوند.

به‌گزارش ساینس‌آلرت، دستگاه هدایت‌کننده امواج صوتی در یک جهت توسط پژوهشگران مؤسسه فناوری فدرال زوریخ و موسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان سوئیس ساخته شده است. این دستگاه از حفره‌ای صفحه‌مانند تشکیل شده که دارای سه پورت با فاصله‌های برابر است و هر‌یک از آن‌ها قادر به ارسال یا دریافت صدا هستند.

در حالت غیرفعال، صدای منتقل‌شده از پورت اول با حجم‌های برابر از پورت‌های دوم و سوم قابل شنیدن است. امواج صوتی به شکل پژواک نیز به پورت یک برمی‌گردند. اما وقتی سیستم فعال است، فقط پورت دوم صدای پورت اول را می‌شنود.

در سال ۲۰۱۴، پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آستین دستگاهی را اختراع کردند که از پنکه‌های کوچکی برای دمیدن هوا درون حلقه‌ای طنین‌انداز استفاده می‌کرد. در این دستگاه صدایی سوت‌مانند تولید می‌شود. برخلاف سوت‌های معمولی که در آن صدا توسط موج ایستایی در حفره ایجاد می‌شود، در سوت جدید صدا نتیجه‌ای از موج چرخشی بود. وقتی صوت از یکی از سه ورودی وارد می‌شد، امواج صدا حالت دو جانبه خود را از دست می‌داد و فقط از یک از پورت‌ها قابل شنیدن بود، نه از هر دو پورت.

مشکلی که وجود داشت، این بود که صدا حین حرکت پراکنده می‌شد و امواج به شکل ضعیف به مقصد می‌رسیدند. بنابراین پژوهشگران مطالعه جدید تصمیم گرفتند کاری کنند که امواج صوتی در مسیر یک‌طرفه خود انرژی از دست ندهند. آن‌ها موفق شدند از انتشار معکوس صوت جلوگیری کنند و درعین‌حال مانع از تضعیف آن هنگام حرکت به جلو شوند. بدین صورت صدا حتی قوی‌تر نیز شد.

روش انجام این کار آن بود که هوای چرخنده با سرعت و شدت خاصی درون حفره دمیده و این امر موجب می‌شد امواج صوتی با الگوی تکرارشونده‌ای همگام شوند. این امر نه تنها امواج صوتی را در یک جهت هدایت می‌کرد، بلکه انرژی بیشتری به این نوسانات می‌داد تا امواج پراکنده نشوند.

از قضا ایده‌ی استفاده از نوسانات برای تقویت امواج صوتی از پژوهش‌هایی حاصل شد که هدفشان کاهش امواج بود. نوساناتی که با امواج صوتی تعامل دارند، می‌توانند برای برخی از سیستم‌ها مانند موتورهای هواپیما مضر باشند، اما پژوهشگران متوجه شدند که می‌توان از آن‌ها برای اهداف مثبت نیز استفاده کرد.

تکنیک جدید دانشمندان ممکن است در طراحی فناوری‌های ارتباطی پیشرفته‌تر سودمند باشد. چنین سیستم‌هایی می‌تواند برای هدایت بهتر امواج الکترومغناطیسی مورد استفاده در سیستم‌های رادار استفاده شود. دستاورد پژوهشگران می‌تواند به اجتناب از انعکاس‌های ناخواسته کمک کند و شاید راه را برای اعمال همین روش روی امواج الکترومغناطیسی هموار کند.

مطالعه در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.