Équipement de laboratoire utilisé pour mener des expériences dans l'étude. Crédit :Université du Missouri
Technologie furtive, l'idée de réduire la capacité de l'ennemi à détecter un objet, est à l'origine des progrès de la recherche militaire depuis des décennies. Aujourd'hui, avion, navires de guerre et sous-marins, les missiles et les satellites sont souvent recouverts d'un matériau absorbant les radars, comme la peinture, pour les cacher ou les masquer du radar, sonar, infrarouge et autres méthodes de détection. Une cape est un matériau de revêtement qui rend un objet indiscernable de son environnement ou indétectable par des mesures de champ externes.
Guoliang Huang, le professeur James C. Dowell au Département de génie mécanique et aérospatial, dit que ces types de matériaux de camouflage sont matures, au sens technique, car les propriétés acoustiques (radar, sonar) et les ondes optiques (infrarouge) sont bien comprises. Cependant, Huang a déclaré que peu ou pas de travail avait réussi à résoudre le problème de la dissimulation des ondes élastiques dans les supports solides, comme une onde sismique se propageant dans le sol. Récemment, Huang, avec son ancien post-doctorant et ses étudiants, le professeur assistant Hussein Nassar et le professeur assistant de recherche Yangyang Chen, a conçu et créé un nouveau métamatériau, un matériau artificiellement structuré, qui permet d'obtenir un voile de matière élastique "parfait".
"Ce matériau est à la fois théorique et expérimental, nous l'avons créé dans notre laboratoire, " a déclaré Huang. "Nous l'appelons 'matériau polaire' parce que nous avons réalisé qu'il a un couple interne. Nous sommes les premiers à proposer les principes de ce matériau et aussi les premiers à concevoir et fabriquer ce matériau. Le concept est, si vous avez un objet que vous souhaitez rendre invisible, vous concevez une sorte de matériau de revêtement autour de l'objet de sorte que lorsqu'une vague frappe l'objet, s'il passe autour du matériau sans réfraction."
Par exemple, un radar génère une onde radar, une onde acoustique, qui se réfracte lorsqu'il heurte un sous-marin, le rendre visible. Mais si ce sous-marin est recouvert d'un matériau de camouflage, l'onde radar ne se réfractera pas et le sub ne pourra pas être détecté.
Ce matériau de type treillis structuré protège contre les deux types d'ondes d'énergie - longitudinales et pures - qui peuvent traverser le sol. Crédit :Université du Missouri
"Si vous voulez cacher quelque chose dans un support solide, Ceci est différent, " Huang a déclaré. "Dans les médias solides, l'onde est plus compliquée que l'onde radar car dans les milieux solides nous avons non seulement une onde de compression mais aussi une onde de cisaillement. En génie civil, nous traitons les tremblements de terre—les ondes sismiques, qui ont des ondes longitudinales et de cisaillement, et la plupart des dommages sont causés par l'onde de cisaillement."
Percée fondamentale
Huang a dit qu'il n'y a pas de matériau naturel qui satisfasse le problème de longue date de l'invariance de transformation, dans lequel des propriétés non standard sont nécessaires après certaines transformations. Il a dit que le but ultime de sa recherche est de modéliser, concevoir et fabriquer des matériaux qui combleront cette « lacune comportementale ». La nouvelle classe de matériaux de camouflage ou polaires que son équipe a créée est composée d'un réseau à gradations fonctionnelles intégré dans un fond continu isotrope. Les couches ont été imprimées en 3D et assemblées manuellement.
« Nous avons étudié expérimentalement et numériquement les caractéristiques du manteau proposé et avons trouvé de très bonnes performances de revêtement sous des charges de traction et de cisaillement, " Huang a écrit dans son journal, l'un des deux articles de recherche que Huang et son équipe avaient publiés par la Physical Review of Letters sur le sujet des matériaux polaires.
En plus de protéger les ouvrages contre les ondes sismiques, Huang a déclaré qu'une autre application potentielle du nouveau métamatériau serait la suppression des vibrations sur les moteurs pour réduire le bruit.
"Personne n'a été capable de concevoir un matériau de camouflage parfait dans des médias élastiques depuis 20 ans, jusqu'à ce que nous produisions ce nouveau matériel, " dit Huang. " Pour nous, c'est une percée fondamentale. Nous avons utilisé l'impression 3D pour fabriquer ce matériau pour des démonstrations de laboratoire faciles, mais ce principe peut être utilisé avec n'importe quel matériau. Le métamatériau est un matériau structuré - les propriétés sont réalisées à travers la structure."
"Les résultats que l'équipe de l'Université du Missouri a récemment publiés sont encourageants, " a déclaré le Dr Dan Cole, gestionnaire de programme, Bureau de recherche de l'armée, un élément du laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine. "Cette recherche pourrait conduire à de nouvelles stratégies pour éloigner les ondes mécaniques des régions critiques des objets solides, qui pourraient permettre de nouvelles capacités dans la protection et les manœuvres des soldats. »
Les études, "Polar Metamaterials:A New Outlook on Resonance for Cloaking Applications" et "Physical Realization of Elastic Cloaking with a Polar Material, " ont été publiés dans Lettres d'examen physique , un journal de l'American Physical Society.
