De volgende keer dat u in een restaurant of een kantoor of op de luchthaven bent, kijkt u omhoog naar het plafond. Je ziet misschien wolkachtige cirkelvormige panelen, of geribbelde schuimtegels of minimalistische houten latten of hangende banners die op zeilen lijken, of alleen de alomtegenwoordige grijsachtige rechthoeken van elke middelbare schoolcafetaria in Amerika. Hoewel ze esthetisch aantrekkelijk zijn (of niet), zijn deze materialen eigenlijk ontworpen om geluid te absorberen en de kamer stiller te maken.
We zullen het misschien niet opmerken, maar veel van onze omgeving is in feite gebouwd of ontworpen om het lawaai van de moderne wereld te verminderen. Dikke gordijnen helpen de stilte te creëren in chique advocatenkantoren. Zware houten voordeuren houden een deel van het straatgeluid van huizen tegen.
Nu hebben onderzoekers van Boston University een nieuw soort materiaal gemaakt dat geluid kan blokkeren en tegelijkertijd luchtstroom mogelijk maakt. Het is wat bekend staat als een "metamateriaal" - een materiaal dat is ontworpen om eigenschappen te hebben die niet in de natuur voorkomen. Het kleine spiraalvormige plastic patroon in de ringvormige schaal stuurt inkomende geluidsgolven terug naar hun oorsprong, waardoor geluid wordt geblokkeerd maar geen lucht.
"De vraag of we geluidsgolven kunnen dempen terwijl we de luchtstroom handhaven, heeft de onderzoeksgemeenschap al tientallen jaren geïnspireerd", zegt Xin Zhang, een professor aan de Boston University's Engineering, die het project mede leidde en co-auteur van een paper over het materiaal dat onlangs werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review B.
Het toestaan van luchtstroom is de sleutel tot sommige mogelijke toepassingen voor het materiaal. Je kunt geen traditioneel geluiddempend materiaal op een straalmotor of een drone zetten en het toch laten vliegen. Maar het nieuwe 3D-geprinte metamateriaal kan mogelijk worden gebruikt om lawaai van vliegtuigen, ventilatoren en HVAC-systemen te beperken zonder de luchtstroom te verstoren.
Het donut-vormige ontwerp van het materiaal is potentieel "zeer nuttig", zegt Kathryn Matlack, een professor in mechanische wetenschappen en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, die akoestische metamaterialen bestudeert, omdat "de meeste geluiddempende materialen solide en luchtstroom voorkomen. "
Om het metamateriaal in het lab te testen, probeerden de onderzoekers van Boston University een luidspreker het zwijgen op te leggen. Ze verzegelden de luidspreker aan het ene uiteinde van een PVC-buis en bevestigden een ring van het metamateriaal aan het andere. Dan raken ze spelen.
Stilte.
Toen ze in de PVC-buis keken, zagen ze de subwoofers van de luidspreker kloppen. Maar ze konden niets horen. Het materiaal, volgens hun berekeningen, blokkeerde 94 procent van het geluid.
Het was alsof je op de knop 'dempen' drukte, zeiden de onderzoekers.
Een ring van het metamateriaal (BU. Foto door Cydney Scott). Het metamateriaal is ook goedkoop om te maken en licht van gewicht, zegt Reza Ghaffarivardavagh, een promovendus in werktuigbouwkunde aan de Boston University.
"Deze functies bieden kansen voor nieuwe en opwindende toepassingen", zegt hij.
Het materiaal kan het geluid van een MRI-machine verminderen, soms vergeleken met een jackhammer. Het kan worden gebruikt als een geluidsbarrière tegen verkeer. Het kan ook worden gebruikt in plaats van traditionele geluiddempende materialen zoals akoestische tegels of gordijnen. De buitenvorm hoeft geen ring te zijn; het kan van alles zijn, van een zeshoek tot een vierkant, dus klanten kunnen mogelijk esthetisch aangepaste geluidswanden bestellen voor restaurants of theaters.
Een stillere wereld zal niet alleen meer ontspannen zijn. Het kan ook gezonder zijn. Er zijn steeds meer aanwijzingen dat "omgevingslawaai" negatieve effecten heeft op ons lichaam en onze geest, waardoor het risico op alles van hartaandoeningen tot cognitieve stoornissen toeneemt. Vorig jaar heeft de Wereldgezondheidsorganisatie richtlijnen uitgegeven om beleidsmakers te ondersteunen bij het verminderen van omgevingsgeluid van bronnen zoals auto's, treinen en windturbines. Overmatig geluid is ook slecht voor niet-menselijke dieren. Lopend onderzoek onderzoekt hoe geluidsoverlast de biodiversiteit vermindert.
Zhang zegt dat het metamateriaal interesse heeft gewekt bij een aantal organisaties in verschillende industrieën, waaronder productie, energie en auto-industrie.
"We werken nu aan de haalbaarheid van elke potentiële toepassing en elk project", zegt ze. "Ik hoop dat we binnen enkele jaren een commerciële toepassing in een of andere vorm zullen zien."
