طريق ذو اتجاه واحد إلى الأصوات / تشارلز ك. تشوي

المهندسون على وشك التغلب على التحدي المتمثل في نقل الموجات الصوتية في اتجاه واحد فقط

تسمح المرايا ذات الاتجاه الواحد والشوارع ذات الاتجاه الواحد بالمرور في اتجاه واحد فقط، ولكن من الصعب خلق شيء يسمح للصوت، أو الموجات الأخرى، بالتحرك في اتجاه واحد فقط وليس في الاتجاه المعاكس. ويرجع ذلك إلى خاصية أساسية تسمى تناظر عكس الزمن. عادة، لا يهم الاتجاه الذي يأتي منه الصوت، إذا سمعته، فمن الممكن أيضًا سماعك.

نشر مهندس الإلكترونيات أندريه ألو وزملاؤه من جامعة تكساس في أوستن، في يناير 2014، نتائج أبحاثهم حول جهاز قد يتيح نقل الصوت في اتجاه واحد بطريقة عملية. ويشبه الجهاز، المعروف باسم "المدور الصوتي"، العوازل من مجال الاتصالات الراديوية والرادارية، والغرض منها هو الحد من تدفق موجات الراديو والميكروويف في اتجاه واحد. في مثل هذا العازل، تمر الموجات الكهرومغناطيسية عبر مادة يتم تطبيق مجال مغناطيسي عليها، وهذا يكسر التماثل العكسي للموجة.

ولمحاكاة هذا التأثير في الموجات الصوتية، قام إيلو وزملاؤه بتركيب ثلاث مراوح صغيرة داخل حلقة معدنية رنانة. تقوم المراوح بتدوير الهواء، وهو الوسط الذي ينقل الموجات الصوتية في الجهاز، من خلال الحلقة بسرعة تتوافق مع تردد الصوت. وتتصل الحلقة بثلاثة أنابيب تعمل بمثابة فتحات على فترات متساوية، والتي يمكنها نقل الأصوات من وإلى الحلقة. مع إيقاف تشغيل المراوح، سيصل الصوت الصادر من أحد الأنبوبين إلى الأنبوبين الآخرين بنفس الحجم. ولكن عندما يتم تشغيل المراوح، فإن تدفق الهواء يكسر التناظر العكسي الزمني للموجات الصوتية. ونتيجة لذلك، ينتقل الصوت بالكامل تقريبًا إلى أحد أنابيب الاستقبال دون الآخرين، وفي الاتجاه المعاكس لاتجاه تدفق الهواء.

إن جهاز التوزيع الصوتي الذي ابتكره الباحثون في تكساس، والمصنوع من منتجات جاهزة، يقلل من كمية الصوت المنتقل في الاتجاه غير المرغوب فيه عشرة آلاف مرة. تم تفصيل النتائج في عدد 31 يناير 2014 من مجلة Science. يقول مهندس الإلكترونيات ستيف كامر من جامعة ديوك، والذي لم يشارك في البحث: "لقد استخدموا فكرة معقدة للغاية للقيام بشيء لم يتم القيام به من قبل". ويضيف كامر أن الجهاز يعمل فقط بترددات صوتية محددة للغاية، وأن التطورات المستقبلية قد تركز على توسيع نطاقات الترددات.

ويعمل إيلو وزملاؤه الآن أيضًا على جهاز بدون أجزاء متحركة لنقل الصوت في اتجاه واحد. يمكن أن تؤدي المنتجات إلى أنواع جديدة من منتجات العزل وتقليل الضوضاء والسونار. بالإضافة إلى ذلك، يقول ألو، بمساعدة المزيد من الأبحاث، سيكون من الممكن إنشاء طرق جديدة للتعامل مع موجات الضوء والراديو.

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل