Sualtında sesi odaklayan yüzde 40 daha hafif akustik mercek geliştirildi

Denizcilik, okyanus izleme ve savunma sanayisinde sualtı veri transferi giderek daha kritik hale gelirken, ses dalgaları derin deniz iletişiminin temel aracı olmayı sürdürüyor. Işığın su altında kısa mesafede soğurulması, okyanus derinliklerinde veri aktarımı ve algılama sistemlerinde akustik teknolojileri öne çıkarıyor. Ancak düşük frekanslı ses dalgalarını kontrol etmek ve belirli bir hedefe odaklamak, geleneksel akustik lenslerde büyük, ağır ve hantal yapılar gerektiriyor. Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ile Kore Gemi ve Okyanus Mühendisliği Araştırma Enstitüsü araştırmacıları, bu soruna daha hafif ve boşluk tabanlı yeni bir akustik mercek tasarımıyla çözüm geliştirdi. Çalışmanın sonuçları Journal of Sound and Vibration dergisinde yayımlandı.

 

METAMALZEME BOŞLUKLARI KULLANILDI
POSTECH’ten Prof. Junsuk Rho, doktora adayı Beomseok Oh ve KRISO’dan Dr. Sea-Moon Kim liderliğindeki ekip, geleneksel katı saçıcı diskler yerine suyun içinden geçmesine izin veren boşluk tabanlı metamalzeme odacıkları kullandı. Bu yapıdaki her mikro boşluk, belirli frekanslarda ses dalgalarıyla güçlü rezonans oluşturacak şekilde tasarlandı. Rezonans odalarının geometrik olarak konumlandırılmasıyla ses dalgaları tek bir odak noktasına yönlendirildi. Böylece mercek, düşük frekanslı sualtı akustiğinde hem hafiflik hem de odaklama performansı sağlayan yeni bir mimari ortaya koydu.

 

3D BASKIYLA 240 MM ÇAPINDA ÜRETİLDİ
Prototip, metal 3D baskı yöntemiyle 240 milimetre çapında üretildi. Sistem, 20 ila 35 kHz aralığındaki düşük frekanslı sualtı ses dalgalarında kararlı ve geniş bantlı odaklama başarısı gösterdi. Araştırmacılar, aynı 280 milimetre çap parametreleri üzerinden yapılan karşılaştırmada geleneksel katı bir akustik merceğin 27,5 kilogram ağırlığa ulaştığını, yeni boşluk tabanlı tasarımın ise 17,2 kilogram seviyesinde kaldığını belirtti. Bu sonuç, deniz üstü ve deniz altı platformlarda taşıma, montaj ve kullanım açısından yaklaşık yüzde 40’lık ağırlık avantajı sağlıyor.

 

WILLIS EŞLEŞMESİ GÖZLENDİ
Laboratuvar testlerinde araştırmacılar, ses dalgalarının geliş yönüne bağlı olarak asimetrik biçimde yansımasına yol açan Willis eşleşmesi olarak bilinen fiziksel etkiyi de gözlemledi. Bu etki, akustik merceğin yalnızca sesi pasif biçimde odaklayan bir yapı olmadığını, aynı zamanda dalgaların yayılım yönü üzerinde hassas kontrol imkanı sunabileceğini gösteriyor. Araştırmacılara göre bu özellik, sonar sistemleri, hedef tespit uygulamaları ve yönlendirilmiş sualtı akustiği açısından önemli bir teknik avantaj sağlayabilir.

 

SUALTI SENSÖR AĞLARI İÇİN KULLANILABİLİR
Yeni akustik merceğin sualtı sensör ağları, okyanus tabanı iletişim sistemleri ve kablosuz akustik enerji transferi gibi alanlarda kullanılabileceği belirtiliyor. Özellikle sualtı nesnelerin interneti altyapılarında, dağıtılmış sensörlerin ses dalgaları üzerinden veri alışverişi yapması bekleniyor. Bu tür sistemlerde sinyal netliği ve yönlendirme kabiliyeti, veri kaybının azaltılması açısından kritik önem taşıyor. Hafif ve geniş bantlı akustik mercekler, bu altyapıların daha verimli kurulmasına katkı sağlayabilir.

 

ÜÇ TEMEL SORUNA AYNI ANDA ÇÖZÜM
Çalışmanın koordinatörü Prof. Junsuk Rho, geliştirilen teknolojinin sualtı akustik sistemlerinde düşük frekansta çalışma, geniş bant kararlılığı ve hafif tasarım kriterlerini aynı anda karşılamayı hedeflediğini belirtti. Dr. Sea-Moon Kim ise üç boyutlu sualtı akustik donanımlar için yeni bir tasarım yaklaşımının ortaya çıktığını ifade etti. Araştırma ekibi, metal 3D baskı ve metamalzeme mimarisinin birlikte kullanılmasının, gelecekte daha hafif, yönlendirilebilir ve yüksek performanslı sualtı akustik sistemlerinin geliştirilmesine imkan sağlayabileceğini değerlendiriyor.