每日新文 | 一种采用模块化设计的气动软声超材料

这篇论文讨论了一种通过模块化设计实现的气动软声学超材料。

研究内容： 作者设计了一种模块化的气动软声学超材料，并通过实验展示了其可调谐的带隙特性。研究了不同形状（正方形、六边形、圆形）的散射体对可调谐带隙的影响。通过3D打印和铸造成型方法制造了具有正方形散射体的模块化气动软声学超材料。实验研究了不同气压和不同旋转角度下气动软声学超材料的声场传输特性。实验记录了在气压激励下的时域信号，证明了设计的气动软声学超材料具有优异的声学开关功能特性。

可调谐声学超材料： 近年来，可调谐声学超材料的概念出现，即在不同刺激下操纵声波的超材料。实现声学超材料带隙控制的三种主要方法：电场驱动、磁场驱动和机械力驱动。

气动软声学超材料： 气动软声学超材料是指使用气动驱动控制其波导特性和操作频率带的软声学超材料。它们与电场驱动或磁场驱动声学超材料相比，具有易于控制和制造成本低的优势。与需要复杂设备的传统的机械力驱动不同，气动驱动方便且易于与其他结构集成。

实验部分： 论文中设计并通过实验验证了一种模块化气动软声学超材料，通过改变软橡胶腔的空气压力来调整其形状，从而控制带隙。

可调谐声学超材料由于在不同刺激下的变形而具有优异的声波控制和操纵性能。气动驱动最近因其成本低、响应速度快和易于集成而引起了人们的关注。然而，由于难以制造足够柔软的散射体并确保其气密性，气动软声超材料的实验实现仍然是一个巨大的挑战。该文设计了一种气动软声超材料，并对其可调带隙进行了实验验证。设计的气动软声学超材料包括空气背景中的一系列柔软的充气橡胶腔。而软声超材料中的散射体可以通过调节气压来变形，从而可以打开或关闭带隙。使用数值模拟方法研究了散射体形状和方向对可调带隙的影响。此外，引入了模块化设计，以确保所设计的软声学超材料的灵活性。我们通过铸造成型方法制造带有方形散射体的模块化气动软声学超材料。声学实验结果与仿真结果一致，这表明在施加气压时可以有效地调整带隙。此外，在 3209.7–4639.7 Hz 的最大带隙中，平均传输量下降了约 20.2 dB。本研究为设计和制造气动软声学超材料提供了指南，并证实了利用气动驱动设计声学器件的可行性和应用潜力。