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中國團隊突破水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù) 聲學超材料賦予我們新可能
2023年11月08日 11:41:22 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:小王 點擊量:5167

跨介質(zhì)通信作為當下的研究熱點,在近年來受到了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注,大量的假設(shè)以及成果脫穎而出,但其中,能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問題的技術(shù)卻并不多見。而從實用性角度來說,水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù)是實現(xiàn)水下平臺與陸地平臺、空中平臺互聯(lián)互通的關(guān)鍵,尤其是在人類對海洋世界的探索與開發(fā)不斷深入的今天,這項技術(shù)也顯得尤為重要。

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】跨介質(zhì)通信作為當下的研究熱點,在近年來受到了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注,大量的假設(shè)以及成果脫穎而出,但其中,能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問題的技術(shù)卻并不多見。而從實用性角度來說,水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù)是實現(xiàn)水下平臺與陸地平臺、空中平臺互聯(lián)互通的關(guān)鍵,尤其是在人類對海洋世界的探索與開發(fā)不斷深入的今天,這項技術(shù)也顯得尤為重要。
 
  而就在最近,中國科學院團隊成功實現(xiàn)了高效水-氣跨介質(zhì)聲通信,為海洋勘探、海洋生物成像以及海洋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等眾多領(lǐng)域提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
 
  水-氣跨介質(zhì)聲通信的難點
 
  高中物理中就提過,水與空氣都可以作為聲波遠距離傳播的介質(zhì),這也是高效水-氣跨介質(zhì)聲通信理論上可行的基礎(chǔ),但是阻抗的存在則增加了實施的難度。簡單的說就是聲音在跨越水-氣界線的時候會出現(xiàn)損耗,并且這種損耗非常大,這也是水-氣跨介質(zhì)聲通信的根本難點。
 
  具體來說,由于水和空氣之間存在巨大的阻抗差異,當聲波直接入射到水-氣界面時,聲波便會發(fā)生反射現(xiàn)象,僅僅只有有0.1%的聲能量能透過界面?zhèn)鞑?。當然也不是說沒有解決辦法,只是過去基于于共振的窄帶聲音傳輸方案,會限制通信容量和效率,并非理想的應用方式。
 
  聲學超材料帶來的可能性
 
  事實上,知道了問題所在,解決問題的方向也就基本明確了。據(jù)悉,中國科學院團隊將解決問題的重心放在了協(xié)同調(diào)節(jié)梯度匹配層中的聲速和厚度上,根據(jù)相關(guān)資料中提到的就是“將每一層的聲學參數(shù)調(diào)節(jié)到一個可實現(xiàn)的范圍,并利用空氣中的超材料和水中的空心構(gòu)型超材料實現(xiàn)指數(shù)分布的水-氣梯度阻抗匹配層”。
 
  而在后續(xù)的實驗中,科研團隊也證明了其設(shè)計并使用的聲學超材料結(jié)構(gòu)能夠在880至1760赫茲(Hz)范圍內(nèi),實現(xiàn)平均16.7分貝(dB)的聲能量透射增強,并且傳輸準確率達到99.95%,相當于已經(jīng)實現(xiàn)了高容量精確通信與高效通訊兩個目的。
 
  據(jù)悉,目前該成果已經(jīng)在國際專業(yè)學術(shù)期刊《應用物理通訊》(Applied Physics Letter)發(fā)表,并且被美國物理學聯(lián)合會《科學之光》周刊推薦報道,同時我們也有理由相信其后續(xù)的發(fā)展能夠為眾多應用場景帶來新的可能。
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