Le métamatériau acoustique permet de pousser, de tourner et d’effectuer des mouvements plus complexes en 3D

Le son ne se limite pas à un rythme agréable. Les ondes sonores ont été utilisées pour toutes sortes de choses, de la cartographie des fonds marins à la fragmentation des calculs rénaux. Grâce à une structure matérielle unique, les chercheurs peuvent désormais déplacer et positionner des objets sous l’eau sans jamais les toucher directement.

Un métamatériau est un matériau composite qui présente des propriétés uniques en raison de sa structure. Le métamatériau de Zhang* présente un petit motif en dents de scie sur sa surface, ce qui permet aux haut-parleurs adjacents d’exercer des forces différentes sur le matériau en fonction de la manière dont les ondes sonores se reflètent sur celui-ci. En ciblant soigneusement le métamatériau flottant ou immergé avec des ondes sonores précises, Zhang peut pousser et faire pivoter tout objet qui y est attaché exactement autant qu’il le souhaite.

Manipuler des objets dans l’eau sans les toucher pourrait faciliter de nombreux travaux sous-marins. Elle pourrait également être utilisée à l’intérieur du corps humain, qui est principalement constitué d’eau, pour des applications telles que la chirurgie à distance ou l’administration de médicaments.

« Notre métamatériau offre une méthode permettant d’appliquer différentes forces de rayonnement acoustique sur des objets en milieu liquide, tels que des robots et des véhicules sous-marins, des pièces à assembler ou des dispositifs médicaux et des médicaments », a indiqué M. Zhang.

Toutefois, il est difficile de fabriquer des métamatériaux sous-marins présentant les propriétés adéquates pour la manipulation d’objets, en particulier avec les méthodes conventionnelles.

« Les méthodes actuelles de fabrication de métamatériaux sous-marins ne permettent pas d’obtenir la résolution ou les propriétés matérielles requises et sont généralement très coûteuses », a ajouté M. Zhang. « Pour résoudre ce problème, j’ai mis au point une nouvelle méthode de fabrication. Cette méthode est non seulement peu coûteuse et facile à mettre en œuvre, mais elle permet également d’obtenir une résolution de fabrication élevée et un contraste d’impédance acoustique important avec l’eau, ce qui est essentiel pour les métamatériaux sous-marins ».

Lors des tests, M. Zhang a utilisé son métamatériau pour manipuler des objets flottants, tels que du bois, de la cire et de la mousse plastique, ainsi que des objets complètement immergés. Il a fixé son métamatériau à chaque objet et a utilisé des ondes acoustiques pour les pousser, les tirer et les faire tourner. Cette technique lui a permis de manipuler les objets immergés en trois dimensions.

M. Zhang prévoit de poursuivre ses travaux en mettant au point un patch métamatériel plus petit et plus souple. Il espère que ses travaux déboucheront sur de nouvelles utilisations en médecine et en robotique sous-marine.

« Nos recherches ouvrent de nouvelles perspectives pour les métamatériaux acoustiques sous-marins et la télémanipulation », a conclu M. Zhang. « Les métamatériaux acoustiques et les métasurfaces peuvent désormais être utilisés pour générer des forces à distance pour des applications de lévitation, d’actionnement et de manipulation sous l’eau ou à l’intérieur du corps ».

* Dajun Zhang, doctorant à l’université du Wisconsin-Madison, présentera ses travaux sur le développement d’un métamatériau pour la manipulation acoustique sous-marine le mardi 20 mai à 15 h 20, dans le cadre de la 188e réunion de l’Acoustical Society of America et du 25e congrès international d’acoustique, qui se tiendront conjointement du 18 au 23 mai.

Source : ASA