L’intérieur des conduites sous-marines et des conteneurs nucléaires fermés était inaccessible jusqu’à récemment. Des chercheurs en acoustique du College of Engineering de Penn State ont développé un moyen de transporter l'énergie et de transmettre les communications à travers des murs métalliques à l'aide d'ultrasons.
Ils ont publié leur innovation, un métamatériau acoustique basé sur un pilier qui fonctionne dans la gamme de fréquences ultrasonores, dans Physical Review Applied. . Ces travaux pourraient avoir des implications pour la recherche spatiale, selon les chercheurs.
"Si vous souhaitez alimenter un appareil, tel qu'un capteur de température, à l'intérieur d'une enceinte métallique telle qu'un tuyau, les ondes ultrasonores peuvent transporter cette énergie vers l'appareil", a déclaré Yun Jing, professeur d'acoustique et de génie biomédical et auteur correspondant de l'article. . "Mais auparavant, les ondes ne pouvaient pas traverser des barrières métalliques qui bloquaient le son, à moins que les transducteurs ne soient en contact direct avec la barrière."
Les chercheurs ont créé un métamatériau basé sur des piliers :un ensemble de minuscules piliers cylindriques positionnés sur une plaque métallique qui fonctionnent comme des résonateurs, qui vibrent ou oscillent pour créer une résonance acoustique.
Lorsque le métamatériau est situé entre un émetteur de transducteur et un récepteur, il améliore considérablement le taux de transmission de la puissance ultrasonique à travers une barrière métallique, sans nécessiter de contact direct entre les transducteurs et la barrière. Auparavant, de faibles ondes ultrasonores pouvaient traverser le métal, mais elles manquaient d'énergie pour alimenter un capteur ou transmettre des messages à travers le métal.
"Avec une extrémité étroite et une extrémité plus large comme un pilier, le métamatériau acoustique est conçu comme un résonateur acoustique", a déclaré le premier auteur Jun Ji, qui a récemment obtenu son doctorat en acoustique à Penn State. "La forme du métamatériau permet une transmission et une réception sans fil des ultrasons à travers une barrière métallique."
Les chercheurs ont testé la fonction de l’échantillon de métamatériau dans deux expériences. Dans le premier cas, ils ont transmis de l'énergie sans fil à travers une plaque métallique avec le métamatériau à l'aide d'un émetteur et d'un récepteur à ultrasons, alimentant avec succès une lumière LED de l'autre côté. Cela a confirmé la capacité du métamatériau à transmettre de l'énergie à travers des parois métalliques.
Dans un deuxième cas de test, ils ont transmis une image des lettres « PSU » à travers une plaque métallique avec le métamatériau en utilisant un signal ultrasonore codé, confirmant que les communications sont possibles grâce à l'utilisation du métamatériau renforçant la transmission des ondes ultrasonores à travers des barrières métalliques. /P>
La communication sans fil et l'alimentation électrique des espaces clos peuvent fournir des solutions aux ingénieurs dans plusieurs domaines, tels que l'exploration spatiale, a expliqué Ji. Les conteneurs métalliques, par exemple, transportant des échantillons provenant d'autres planètes, nécessiteraient une alternative sans fil pour maintenir l'alimentation électrique et les communications.
"Pour éviter la contamination potentielle des échantillons ramenés sur Terre, le conteneur aura besoin de capteurs sans fil pour identifier et communiquer les fuites de pression", a déclaré Ji.
Les communications par ultrasons, avec l'ajout du métamatériau, pourraient être la solution pour ramener les échantillons sur Terre dans l'état dans lequel ils ont été collectés, a déclaré Ji.
Plus d'informations : Jun Ji et al, Transfert de puissance ultrasonique sans fil et sans contact grâce aux métamatériaux et transmission de données à travers un mur métallique, Physical Review Applied (2024). DOI : 10.1103/PhysRevApplied.21.014059
Informations sur le journal : Examen physique appliqué
Fourni par l'Université d'État de Pennsylvanie
