Analiza możliwości budowy soczewki akustycznej z wykorzystaniem metamateriałów akustycznych

Abstract

Acoustic lenses are systems designed to focus acoustic waves passing through them. They find widespread applications, particularly in medicine, for manipulating ultrasonic acoustic waves. However, the problem addressed in this lecture pertains to a lens designed for lower frequency ranges, where manipulating the incident wave requires consideration of different parameters and larger lens dimensions. The study explores the feasibility of constructing a lens using periodically arranged acoustic elements, such as Helmholtz resonators, forming a metamaterial structure. To select appropriate parameters and geometric dimensions of the system, the particle swarm optimization (PSO) method was employed, and the entire process of determining the required parameters was algorithmized. Soczewkami akustycznymi określa się struktury umożliwiające skupianie fal dźwiękowych, które przez nie przenikają. Znajdują one szerokie zastosowanie m.in. w medycynie, ponieważ mogą służyć do kształtowania fali ultradźwiękowej. Przedstawiony w artykule problem dotyczy natomiast soczewki projektowanej dla niższego zakresu częstotliwości, w przypadku której manipulacja falą przenikającą wymaga uwzględnienia innych parametrów i większych wymiarów soczewki. W pracy omówiono przeprowadzone badania nad możliwością budowy soczewki z wykorzystaniem periodycznie rozmieszczonych elementów akustycznych tworzących strukturę metamateriałową, takich jak rezonatory Helmholtza. W celu doboru prawidłowych parametrów i wymiarów elementów struktury soczewki wykorzystano metodę optymalizacji roju cząstek (PSO – particle swarm optimization) oraz przeprowadzono algorytmizację całego procesu wyznaczania niezbędnych parametrów.