Första testet av seismisk osynlighetsmantel

Förmågan att styra elektromagnetiska vågor runt områden i rymden har revolutionerat optiken och väckt ett globalt intresse för Harry Potter-liknande osynlighetskappor. Men det är inte bara fotoner som är målet för dessa enheter.

Olika ingenjörer och fysiker har också påbörjat arbetet med akustiska versioner som styr ljud. I synnerhet har några grupper börjat fundera på hur denna teknik kan användas för att styra seismiska vågor runt byggnader. Tanken skulle vara att skydda högvärdiga byggnader som kärnkraftverk eller flygplatser. Vi granskade just ett sådant förslag förra året.

Hittills har alla dessa idéer varit numeriska studier. Idag säger en grupp från Institut Fresnel i Marseille och markförbättringsföretaget Menard, båda i Frankrike, att de har byggt och testat en seismisk osynlighetsmantel i en alluvial bassäng i södra Frankrike. Det är första gången en sådan enhet har konstruerats.

Hemligheten med osynlighetskappor ligger i att konstruera ett material i en skala som är mindre än våglängden på de vågor som det behöver manipulera. De lämpliga sub-våglängdsstrukturerna kan sedan arrangeras på ett sätt som styr vågor.

Det franska teamet skapade sitt så kallade metamaterial genom att borra tre rader tomma borrhål 5 meter djupa i en bassäng av siltad lera upp till 200 meter djup. De övervakade sedan området med akustiska sensorer.

Experimentet bestod i att skapa vågor med en frekvens på 50 Hertz och en horisontell förskjutning på 14 mm från en källa på ena sidan av arrayen. De mätte sedan hur vågorna fortplantade sig över den.

Det franska laget säger att dess metamaterial starkt reflekterade de seismiska vågorna, som knappt trängde in utanför den andra raden av borrhål.

Metamaterialet är designat för att fungera vid den specifika våglängden som används i testet och seismiska vågor kan inte garanteras ha samma våglängd. Men genom att matcha arrayen med en byggnads resonansfrekvens är tanken att den fortfarande skulle kunna ge visst skydd.

Det finns dock viktiga varningar. Ett problem med denna typ av array är att de reflekterade vågorna kan göra mer skada på byggnader i närheten. Det är därför som vissa grupper tittar på metamaterial som absorberar energi snarare än att styra eller reflektera den.

Icke desto mindre finns det säkert installationer som skulle kunna dra nytta av denna typ av skydd. Och eftersom det ser relativt enkelt ut att skapa dessa arrayer verkar det bara vara en tidsfråga innan vi kommer att se dem i aktion på riktigt.

Ref: arxiv.org/abs/1301.7642 : Seismiskt metamaterial: Hur skakar man vänner och påverkar vågor?

Dölj