כשגלי קול מתקדמים במרחב ופוגעים בדרכם בעצמים, חלק מהם נבלע בעצם וחלק אחר מוחזר. על העיקרון הפיזיקלי הזה מבוסס הסונאר, מכשיר שמשדר גלי קול ומפענח על פי דפוסי ההחזרה שלהם את תוואי פני קרקעית הים וגם מאתר כלי שיט שנמצאים על פני המים או מתחתיהם. גם יכולת הניווט של עטלפים מבוססת על אותו עיקרון. צוות מדענים מהמכון הטכנולוגי הפדרלי של שוויץ בציריך (ETH) דיווח לאחרונה בכתב העת Science Advances כי הצליח לפתח דרך "להעלים" עצמים מפני פגיעה של גלי קול.
כדי להדגים את היכולת שפיתחו, שידרו החוקרים גלי קול לעבר העצם שרצו להסתיר – טבעת שטוחה בקוטר 12 ס"מ. תחילה הם מדדו איך נראה גל הקול החוזר כשהוא פוגע בעצם ללא התערבות. לאחר מכן הפעילו את מנגנון "גלימת ההיעלמות", המורכב מטבעת של 20 רמקולים קטנים סביב העצם המוסתר ומטבעת חיצונית של כ-230 מיקרופונים.
2 צפייה בגלריה
היעלמות אקוסטית דו-ממדית. טבעת הרמקולים במרכז, וטבעת המיקרופונים סביבה |
(צילום: ETH Zurich / Astrid Robertsson)
יכולת ההסתרה מנצלת תופעה פיזיקלית בשם התאבכות: כששני גלים מאותו סוג נפגשים בנקודה מסוימת במרחב, עוצמת הגל בנקודת המפגש שווה לסכום העוצמות של שני הגלים שיצרו אותו. כך יכול גל אחד להגביר גל אחר או לחלופין לבטל אותו כשהם נפגשים, כפי שקורה באוזניות מבטלות רעש. כשגל הקול ששלחו החוקרים לעבר העצם מגיע אל טבעת המיקרופונים שמקיפה אותו, המידע נשלח למעבד מהיר שמחשב את תכונות גל הקול המדויק שצריך להפיק כדי שהגל החדש שייווצר מהתאבכות שני הגלים יתנהג כאילו העצם כלל אינו קיים. כדי לבחון את עצמם הראו החוקרים כי כשמוציאים את העצם מקבלים גל קול דומה מאוד לזה שמחזיר העצם עם "גלימת ההיעלמות".
באופן דומה הראו החוקרים שאפשר גם ליצור את המצב ההפוך, כלומר להשמיע קול שידמה פגיעה של גל קול בעצם שלא באמת נמצא – פעולה שנקראת הולוגרפיה. החוקרים הוציאו לשם כך את הטבעת ששימשה כחפץ הנעלם ושלחו גל קול לעבר מערך המיקרופונים והרמקולים. כעת המעבד חישב איזה גל קול יש להוציא מהרמקולים כדי שההתאבכות בין גל הקול המקורי לגל שפולטים הרמקולים תדמה את נוכחותה של טבעת בקוטר של 12 ס"מ.
2 צפייה בגלריה
תרשים של מערכת הניסוי לגלימת היעלמות (משמאל) והולוגרפיה (מימין)
(צילום: ETH Zurich, תרגום: מכון דוידסון)
ניסיונות קודמים להסתיר עצמים מפני גלי קול התבססו בעיקר על חומרים שבולעים היטב גלי קול וכך מונעים החזרות. הבעיה היא שחומרים כאלה מתאימים לטווח תדרים מצומצם מאוד.
בעבודה הנוכחית החוקרים הדגימו הסתרת עצם דו-ממדי מפני חיפוש באמצעות גלי קול. בהמשך הם שואפים להרחיב את המערכת כך שתוכל להסתיר גם גופים תלת-ממדיים ולפעול באותה הצלחה גם מתחת לפני המים. הפיתוח עשוי לשמש למחקר פיזיקלי של התנהגותם של גלי קול בסביבות שונות, ולאפשר יישומים בכל תחום שבו נעשה שימוש בגלי קול, מחיפוש מנהרות ויישומים צבאיים אחרים, דרך מחקרים גיאולוגיים, ועד שיפור האקוסטיקה באולמות מופעים.
יפתח דיבון, מכון דוידסון לחינוך מדעי
