CAREER: Non-Local Metamaterials and Metasurfaces for Next Generation Non-Reciprocal Acoustic Devices
职业:下一代非互易声学器件的非局域超材料和超表面
基本信息
- 批准号:2340782
- 负责人:
- 金额:$ 65.01万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-06-01 至 2029-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This Faculty Early Career Development (CAREER) award will fund research that enables acoustic metamaterials and metasurfaces leveraging non-local unit cell interactions. The non-reciprocal acoustic devices will enable independent modification of transmitted and reflected waves, with transformative impact in applications such as biomedical ultrasound, ultrasonic imaging, underwater communication, and the design of aerospace structures, thereby promoting the progress of science. This research will establish a novel class of metamaterials and metasurfaces whose constituent unit cells can interact non-locally and implement arbitrary non-reciprocal (i.e., asymmetric) wave behaviors, fundamentally expanding the possibilities for acoustic wave manipulation. These non-local systems achieve non-reciprocal acoustic behaviors in a simpler way than existing methods, shifting the paradigm for how acoustic waves can be used to solve engineering problems. The educational component of the project will focus on the creative manipulation of sound, introducing concepts of noise and vibration control from the research component of the project, to increase student participation in STEM and acoustics. In collaboration with the Stevens Teaching and Learning Center, the project will initiate an “Acoustics Day” outreach program hosted in the Stevens anechoic chamber. The program will host middle school students from the local area, emphasizing the connections between sound, urban environments, and different engineering careers. This research aims to enable complete control over acoustic waves by investigating non-local acoustic metamaterials and metasurfaces that break acoustic reciprocity. Unlike local, phase-delayed interactions, non-local interactions can have a directional bias, resulting in broken symmetry and non-reciprocal behavior. Conventional materials do not interact non-locally; instead, this project will build upon research in acoustic metamaterials and metasurfaces, which use a small-scale repeated unit cell to manipulate wave propagation, reflection, and transmission. This project will shift the paradigm of conventional acoustic metamaterials and metasurfaces through a comprehensive theoretical and experimental investigation of non-local acoustic metamaterials and metasurfaces, leveraging piezoelectric transducers that interact non-locally via electrical circuitry. The results of this research will unlock new types of acoustic phenomena, provide fundamental insight into non-Hermitian physics, and initiate new research directions in acoustic circuits that freely manipulate acoustic waves.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项教师早期职业发展(职业)奖将资助研究,以实现声学的超材料和元信息,并利用非本地单位细胞相互作用。非转录的声学设备将能够独立修改传输和反射波,在生物医学超声,超声检查,水下通信以及航空航天结构的设计中具有变革性的影响,从而促进了科学的进步。这项研究将建立一类新型的超材料和跨境,其一致性单位细胞可以非局部相互作用,并实施任意的非重生(即不对称)波行为,从而从根本上扩大了声波操纵的可能性。这些非局部系统以比现有方法更简单的方式实现非近代声学行为,从而将范式转移到如何使用声波来解决工程问题的情况下。该项目的教育组成部分将着重于对声音的创造性操纵,从项目的研究组成部分引入噪声和振动控制概念,以增加学生参与STEM和声学的参与。在与史蒂文斯教学中心合作的情况下,该项目将启动在史蒂文斯(Stevens)交流商会举办的“声学日”外展计划。该计划将接待来自当地的中学生,强调声音,城市环境和不同工程职业之间的联系。这项研究旨在通过研究打破声学互惠的非本地声学间隔材料和超质面积来完全控制声波。与局部划定的相互作用不同,非本地相互作用可以具有定向偏置,从而导致对称性破裂和非逆向行为。常规材料不相互作用非本地;取而代之的是,该项目将建立在声学超材料和元信息的研究基础上,这些研究使用小规模重复的晶胞来操纵波浪传播,反射和传播。该项目将通过对非局部声学的超材料和跨境的全面理论和实验研究来改变常规声学不平质和跨境的范式,利用压电电透射剂通过电路通过电路非局部相互作用。这项研究的结果将解锁新型的声学现象,提供对非官员物理学的基本见解,并在声音电路中启动新的研究指示,以免费操纵声波。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的知识优点和广泛的影响来通过评估来进行评估,以评估是宝贵的。
项目成果
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专利数量(0)
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