Äänikommunikaatio veden ja ilman välillä

IMDEA Materials Instituten tutkijat ovat yhteistyössä Kiinan Nanjingin ja Huazhongin yliopistojen kanssa kehittäneet uuden akustisen metamateriaalin, joka kykenee siirtämään monimutkaisia äänisignaaleja suoraan veden ja ilman välillä.

Tiedeartikkelissa ”High-dimensional multiplexed metamaterial for cross-media all-sound communication” raportoitu läpimurto esittelee uuden lähestymistavan, joka voisi merkittävästi parantaa vedenalaisia viestintäteknologioita ja mahdollistaa uusia sovelluksia valtamerten seurannasta lääketieteelliseen kuvantamiseen.

Koska ääni kulkee hyvin eri tavalla vedessä ja ilmassa useimmat veden ja ilman rajapinnalle osuvat ääniaallot heijastuvat sen sijaan, että ne siirtyisivät, mikä estää tehokkaan ääniviestinnän.

Nykyiset järjestelmät käyttävät usein erilaisia sovituslaitteita mutta viestinnän toteuttamiseksi mutta prosessi on kallis, hidas ja altis sähkömagneettisille häiriöille.

Nyt tutkijat suunnittelivat korkeaulotteisen multipleksoidun (HDM) akustisen metamateriaalin, joka toimii passiivisena siltana ääniaalloille veden ja ilman välillä.

”Olemme osoittaneet, että ehdotettu HDM-metamateriaali pystyy moduloimaan kaikkia veden ja ilman välisten ääniaaltojen ulottuvuuksia, mukaan lukien amplitudia, vaihetta, taajuutta ja rataimpulssimomenttia, passiivisella, kompaktilla ja tehokkaalla tavalla”, selittää professori Johan Christensen IMDEA Materialsista.

”Tämän korkeaulotteisen ominaisuuden ansiosta tämä metamateriaali mahdollistaa spatiaalisesti spektraalisesti multipleksoitujen signaalien samanaikaisen välittämisen ja demoduloinnin väliaineesta toiseen, mikä parantaa merkittävästi kanavakapasiteettia ja spektraalista tehokkuutta.”

Kokeissa tiimi osoitti monimutkaisen kuvan reaaliaikaisen siirron vedenalaisesta lähteestä useille ilmassa oleville vastaanottimille käyttämällä metamateriaalia passiivisena "metatoistimena".

Järjestelmä tuki neljää itsenäistä tietoliikennekanavaa ja saavutti erittäin alhaisen bittivirhesuhteen, selvästi alle kymmenesosan eteenpäin suuntautuvan virheenkorjauksen rajasta, samalla kun se pysyi kestävänä taustakohinaa ja vedenpinnan vaihteluita vastaan.

Aiheesta aiemmin:

Veden ja ilman välinen akustinen viestintä

Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää

Langaton tiedonsiirto vedestä ilmaan