Một nhóm các nhà nghiên cứu gồm các nhà khoa học Anastasiia Krushynska và Federico Bosia thuộc trường Đại học Torino, Marco Miniaci - Đại học Le Havre và Nicola Pugno thuộc trường Đại học Trento, Đại học Queen Mary ở London, và Cơ quan Vũ trụ Ý đã chứng minh rằng cấu trúc hình học của mạng nhện tự nhiên có thể được sử dụng để thiết kế các cấu trúc mới giúp giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong vấn đề kiểm soát hiện trạng ô nhiễm âm thanh, giảm mức độ ô nhiễm tiếng ồn (trầm tần số thấp) vốn được coi là vấn đề môi trường thứ hai lan rộng ở châu Âu sau khi ô nhiễm không khí.
Pugno cho biết: Công trình nghiên cứu đề xuất một phương pháp tiếp cận mới đầy hứa hẹn nhằm giảm thiểu tình trạng ô nhiễm tiếng ồn tần số thấp. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thiết kế ra một loại siêu vật liệu (metamaterials) - loại vật chất nhân tạo có khả năng kết hợp những ưu điểm của cấu trúc hình học giống như tơ nhện với hướng tiếp cận xoắn không gian của các rãnh mê cung. Cấu trúc mới gợi mở ra phương thức đơn giản và đáng tin cậy, có tính khả thi trong thao tác chỉnh âm thanh, điều này rất cần thiết đối với các ứng dụng thực tiễn.
Âm thanh tần số thấp được đặc trưng bởi các bước sóng dài, do đó, việc che chắn, hạn chế các sóng âm này thường đòi hỏi sử dụng những loại vật liệu có cấu trúc chắc chắn, dày và trọng lượng lớn, chi phí tốn kém và đặc biệt là không dễ áp dụng đối với hầu hết các ứng dụng.
Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát minh ra một phương pháp tiếp cận khác trong đó họ sử dụng những loại siêu vật liệu mới được phát triển gần đây. Trong khi hiệu quả điều chỉnh âm thanh bằng tấm cách âm chống ồn thông thường chủ yếu dựa vào cấu tạo và độ dày của vật liệu thì đối với các siêu vật liệu, cấu trúc subwavelength-scale phức tạp đóng vai trò quyết định. Kết quả là, metamaterials tuy có cấu tạo rất mỏng nhưng hiệu quả cách âm cũng như khả năng điều chỉnh âm thanh âm thanh tần số thấp của nó lại rất cao.
Trong nghiên cứu mới, thiết kế mới dựa trên một khái niệm mới có tên gọi là metamaterials mê cung hoặc "cuộn không gian" được đề xuất lần đầu tiên vài năm trước đây. Vật liệu mới được cấu thành bởi các rãnh hình zig-zag được uốn chập các kênh luân chuyển với nhau, cho họ một hình dạng giống như mê cung.
Siêu vật liệu có cấu trúc mê cung được cấu hình dưới dạng cấu trúc một mạng nhện. Các chuyên gia cho biết cấu trúc hình học này đặc biệt hiệu quả trong việc làm suy yếu (hoặc làm giảm cường độ) của các sóng cơ học (sóng đàn hồi). Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã thay đổi thiết kế của siêu vật liệu mê cung đã được đề xuất trước đó bằng cách thêm một khung hình vuông, khiến cho cấu trúc của vật liệu giống với cấu trúc của một mạng nhện trong tự nhiên. Chính sự thay đổi tưởng chừng hết sức đơn giản này đã góp phần tạo ra các lỗ hổng không khí, chiều rộng của các rãnh cũng nhờ đó có thể biến đổi linh hoạt. Các nhà nghiên cứu khẳng định có thể điều chỉnh các đặc trưng âm thanh của siêu vật liệu, bao gồm hiện tượng tán âm và phản xạ sóng âm thông qua điều chỉnh chiều rộng của rãnh.
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng, loại siêu vật liệu có cấu trúc mạng nhện được thiết kế bằng nhôm, có thể dễ dàng chế tạo sẽ trở nên hữu ích và được ứng dụng rộng rãi trong các công nghệ điều chỉnh âm thanh tần số thấp.
Ông Pugno giải thích: Mặc dù việc áp dụng cấu trúc hình học tương tự được coi là những giải pháp đầy hứa hẹn nhằm làm giảm thiểu của sự rung động của âm thanh tần số thấp. Các siêu vật liệu đã được phát triển không thể áp dụng trực tiếp như một giải pháp che chắn địa chấn, vì chúng có khả năng điều chỉnh sóng âm (trong điều kiện ở trên không) và sóng không đàn hồi. Thông thường, loại vật liệu này được lựa chọn sử dụng cho các ứng dụng nhằm kiểm soát tiếng ồn âm thanh tần số thấp hoặc để tách tạp âm vốn được coi là những thách thức đối với các phương pháp tiếp cận truyền thống, cũng như các phương thức điều chỉnh âm thanh chuyển đổi và hội tụ âm thanh được sử dụng trong các phòng hòa nhạc.
Nguồn: Nasati