革命性新材料：只用一種樹脂的源移動結構來達到位置偽裝
研究人員近日宣布，他們成功開發出一種樹脂結構，利用這種結構可以讓聲源看起來來自另一個空間，實現了“位置偽裝”（location camouflaging）的目標。這一技術有望應用於虛擬現實、全息技術等領域。
聲學相位變換的意義
過去十年來，轉換光學（transformation optics）領域取得了迅猛的發展，科學家利用基於變形材料的結構，可以操縱和引導光的傳播。其中最讓人眼前一亮的發明，應當是隱形鬥篷，理論上它可以把入射的光線彎曲，使得人在其中看不見。
有趣的是，這種技術不僅僅適用於光，科學家們已經開始將這些轉換光學的技術使用於聲波研究中，從而開啟了轉換聲學（transformation acoustics）這一平行領域。事實上研究人員已經取得了可以用來實現隱形鬥篷類似的效果，即隔音布，將聲音彎曲向其他方向。
聲源移動元
過去的聲學干擾技術主要針對隱藏聲音。不過聲源移動元的概念則是利用某種結構，讓聲源位置在實際空間和感知空間中產生差異。這意味著當人們聽到一個聲音時，他們會錯誤地認為該聲音來自實際位置的相鄰位置。
然而聲學源移動元的研究很少，且開發出高效能材料和表面材質也非常具有挑戰性。因此日本信州大學 ELab 2 的 Garuda Fujii 教授，開發的利用 ABS 彈性樹脂的聲源移動元，引發了學術界的高度關注。
基於拓撲最佳化的反向設計方法
Fujii 教授的創新方法是基於拓撲最佳化反向設計。根據這種方法，數值方法構建了一個虛擬源的壓力場，根據這個壓力場被傳送到真實的傳聲源。透過調整實際源的壓力場，讓其看起來來自感知空間中的另一個位置。
為此，教授們利用拓撲最佳化算法對每一種不同的設計條件進行了模擬。模擬的過程需要考慮粘彈性材料和流體（空氣）之間的聲學互動以及現代制造技術的約束。這些模擬結果表明，最佳化後的結構可以將距離傳聲源很近的位置偽裝得非常成功，被感知的位置與其真實位置之間的差異可以降低至 0.6%之內。
未來前景
隨著技術不斷的改進，聲源移動元有望應用於虛擬現實、全息技術等領域。儘管研究仍處於起步階段，但 Fujii 教授的研究結果必將有助於假象聲學技術的不斷前進。
他在文章的結尾寫道：“我們提出的反向設計最佳化方法能夠設計高效能聲源移動元，有望推進聲學假象技術的發展和全息技術的前進。”
