Представлен новый плащ невидимости от землетрясений

Окольцевав предмет определённым упругим материалом, его можно сделать невидимкой для механических волн, — утверждает автор нового исследования. Принцип предложено распространить на наземные сооружения.

Уильям Парнелл (William J. Parnell) из университета Манчестера разработал новую теорию «плаща невидимости», работающего в области упругих колебаний.

Подбирая свойства защитного материала, можно скрывать от механических волн предметы разного размера и формы. В перспективе – целые здания (фото с сайта manchester.ac.uk).

В своей статье в Proceedings of the Royal Society A британец показал, как можно заставить волны плавно огибать объект, защищённый при помощи неогуковских эластомерных материалов (Neo-Hookean solid).

Такие составы обладают нелинейной зависимостью между механическим напряжением и деформацией. Парнелл установил, что если в кольце из эластомера создать предварительное механическое напряжение, то с помощью подобной системы можно произвольно управлять распространением упругих волн определённого типа.

В результате можно добиться эффекта, когда мощные механические колебания среды (скажем, грунта) будут проходить сквозь защищённый объект почти без искажений, словно его не существует.

Три случая прохождения упругих волн в компьютерной модели Парнелла. Белый кружок – источник. Чёрный кружок – защищаемая полость. В первом варианте она просто слишком мала (по сравнению с длиной волны), чтобы создавать заметное искажение в картине.

В двух других случаях она способна влиять на распространение колебаний. На центральном рисунке показан участок, закрытый в соответствии с новым принципом. Справа – полость без материала с предварительным напряжением. Видно, что в последнем варианте объект «виден» для проходящих волн, а в среднем — они его практически игнорируют (иллюстрация William Parnell).

Технология получила название «эластодинамическая маскировка» (Elastodynamic Cloaking). Её общая идея напоминает ту, которую выдвинула другая группа европейских исследователей в 2009 году.

Однако есть существенное отличие. В прошлой работе учёные предлагали создавать в земле вокруг зданий многослойные кольца из метаматериала.

Комбинируя полимеры с разными упругими свойствами, можно добиться построения объекта, механические характеристики которого, то есть реакция на прохождение сейсмической волны, будут радикально отличаться от характеристик каждой составляющей по отдельности. (И этот подход, к слову, очень похож на исследования в области "плащей-невидимок", работающих с электромагнитными волнами.)

А вот Уильям полагает, что неоднородные (и при этом сложные) метаматериалы в данном случае не нужны. Правда, его схема ещё нуждается в доработке. Но в перспективе работа Парнелла может привести к появлению нового метода защиты зданий от землетрясений.

«Если теория может быть расширена до более крупных объектов, то она приведёт к созданию „плащей“ для защиты сооружений. Или, возможно, что более реалистично, для защиты самых важных частей этих структур», — утверждает изобретатель.