Matematycy z University of Liverpool doszli do wniosku, że możliwym jest osiągnięcie pełnej kontroli nad falami dźwiękowymi, co może prowadzić do udoskonalonych sposobów skanowania używanych w badaniach medycznych, takich jak badanie za pomocą maszyn wykorzystujących ultradźwięki.

Pracując we współpracy z indyjskim Institute of Technology w Kanpur, przetestowali cyfrowe właściwości płaskiej soczewki zrobionej z ‘meta-materiału’ – czyli takiego, który posiada właściwości wynikające raczej ze swojej struktury niż składu. Materiał ten w zamyśle ma przeciwstawić się prawom fizyki, pozwalając obiektom ukazywać się dokładnie takimi jakie są, w odróżnieniu od obrazu odwroconego do góry nogami widzianego w zwykłej wypukłej albo wklęsłej soczewce.

Dr Sebastien Guenneau z Liverpool's Department of Mathematical Sciences wyjaśnia: “wiemy, że światło można kontrolować używając ‘meta-materiału’, który jest w stanie zagiąć promieniowanie elektromagnetyczne wokół danego miejsca w przestrzeni w taki sposób, że obiekt znajdując się w tym miejscu będzie niewidoczny. Teraz stworzyliśmy matematyczny model, który udowadnia, że ta teoria prawdziwa jest również dla fal dźwiękowych.

„Ta teoria staje się szczególnie interesująca, kiedy weźmiemy pod uwagę ultradźwięki, czyli ciśnienie dźwięku używane do wnikania w głąb przedmiotu w celu wytworzenia obrazu jego wewnętrznej struktury. Technologia ta jest najczęściej wykorzystywana w badaniach prenatalnych do otrzymywania obrazu płodu. Odkryliśmy, że przy konkretnej częstotliwość fali meta-materiał ma działanie refrakcyjne negatywu, co znaczy, że obraz otrzymany za pomocą płaskiej soczewki przedstawia się w wysokiej rozdzielczości w dokładnie ten sam sposób, w jaki wygląda w rzeczywistości.

Tym co zaskoczyło nas najbardziej jest to, że miejsce na meta-materiale, w którym następuje refrakcja staje się niewidoczne, co sugeruje, że jeśli użylibyśmy go w technologii sonogramu, możliwym mogłoby być otrzymanie obrazu w powietrzu na kształt hologramu zamiast na ekranie monitora. Odkryliśmy także, że jeśli rozmieścimy meta-materiał na kształt szachownicy, to dźwięk zostanie uwięziony, wyciszając w ten sposób na przykład pracę głośnych maszyn.”

Naukowcy przewidują także, że technologia może być zaadaptowana do testów z wykorzystaniem wyższych częstotliwości dźwięku, jak przy wierceniach w poszukiwaniu ropy naftowej, kiedy to bardziej dokładne obrazy wnętrza Ziemi są niezbędne, ażeby wybrać odpowiednie miejsce do przeprowadzenia wiercenia.

Praca została opublikowana w New Journal of Physics. Powstała we współpracy z prof. Sashą Movchan, dyr. University's Research Centre for Mathematics and Modeling oraz prof. fizyki, dr Ananthą Ramakrishna z Indian Institute of Technology w Kanpur.