דרך חד-סטרית לצלילים / צ’רלס ק’ צ’וי

מהנדסים עומדים להתגבר על האתגר של העברת גלי קול בכיוון אחד בלבד

מראות חד-כיווניות ורחובות חד-סטריים מאפשרים מעבר בכיוון אחד בלבד, אך קשה ליצור משהו שיאפשר לקול, או לגלים אחרים, להתקדם רק בכיוון אחד ולא בכיוון ההפוך. הסיבה לכך היא תכונה בסיסית בשם סימטריה של היפוך זמן. בדרך כלל, אין זה משנה מאיזה כיוון מגיע הקול, אם אתם שומעים אותו, אפשר גם לשמוע אתכם.

מהנדס האלקטרוניקה אנדרי אלו ועמיתיו מאוניברסיטת טקסס שבאוסטין, פרסמו בינואר 2014 את תוצאות מחקרם על אודות התקן שאולי יאפשר העברת קול חד-סטרית באופן מעשי. ההתקן, שמכונה “סירקולטור אקוסטי”, דומה למבודדים מתחום תקשורת הרדיו והמכ”ם, שמטרתם להגביל את זרימת גלי הרדיו והמיקרו לכיוון אחד. במבודד כזה, הגלים האלקטרומגנטיים עוברים דרך חומר שמופעל עליו שדה מגנטי והדבר שובר את סימטריית היפוך הזמן של הגל.

כדי לחקות את ההשפעה הזו בגלי קול, התקינו אלו ועמיתיו שלושה מאווררים זעירים בתוך טבעת מתכת במצב של תהודה. המאווררים מזרימים אוויר, שהוא התווך שמעביר את גלי קול בהתקן, דרך הטבעת במהירות התואמת לתדר של הצליל. הטבעת מחוברת לשלושה צינורות המשמשים כפתחים במרווחים שווים, שיכולים להעביר את הצלילים אל הטבעת וממנה. כשהמאווררים כבויים, קול שמגיע מצינור אחד יגיע לשני הצינורות האחרים בעוצמה שווה. אך כשהמאווררים מופעלים, זרימת האוויר שוברת את סימטריית היפוך הזמן של גלי הקול. כתוצאה מכך, הקול מועבר כמעט במלואו לצינור קולט אחד ולא לאחרים, ובכיוון הפוך לזה של זרימת האוויר.

הסירקולטור האקוסטי של החוקרים מטקסס, שנבנה ממוצרי מדף, מקטין את כמות הקול שעובר בכיוון הלא-רצוי פי עשרת אלפים. הממצאים פורטו בגיליון ה-31 בינואר 2014 של כתב העת Science. “הם השתמשו ברעיון מתוחכם מאד כדי לעשות משהו שלא נעשה קודם לכן,” אומר מהנדס האלקטרוניקה סטיב קאמר מאוניברסיטת דיוק, שלא השתתף במחקר. קאמר מוסיף שההתקן פועל רק בתדרי צליל מסוימים מאוד, ושפיתוחים עתידיים עשויים להתמקד בהרחבת טווחי התדרים.

אלו ועמיתיו עובדים כעת גם על התקן נטול חלקים נעים להעברה חד-סטרית של קול. התוצרים יוכלו להוביל לסוגים חדשים של מוצרי בידוד והפחתת רעשים ושל סונאר. בנוסף, אומר אלו, בעזרת מחקרים נוספים אפשר יהיה ליצור דרכים חדשות למניפולציה של אור ושל גלי רדיו.

הכתבה התפרסמה באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל