Ультразвуковое сканирование повышает точность

Автор: Павел Урушев  

Возможности ультразвука поистине безграничны, однако долгое время его потенциал использовался не в полной мере в силу технических ограничений. Революционное решение предложили физики из Национальной лаборатории Беркли (США), которые создали первое в мире устройство, способное собирать и усиливать звуковые волны. Их изобретение, получившее название "гиперлинза", открывает новые горизонты акустики.
Новинка способна существенно повысить качество сканирования ультразвуком, при этом размер обнаруживаемых объектов может быть в шесть раз меньше длины звуковой волны. Такой качество достигается за счет улавливания так называемых рассеивающихся волн – слабых, быстро затухающих звуковых сигналов, распространяющихся во все стороны от источника.
Существовавшие ранее акустические линзы практически не способны были уловить "рассеивающиеся" волны. Кроме того, эти конструкции не усиливали принимаемый сигнал, поэтому даже будучи пойманными, такие волны распознавались с большими погрешностями.
Вместе с тем именно "рассеивающиеся" волны способны передавать детализированную и четкую информацию о самых мелких объектах, попадающихся на их пути. Создание гиперлинзы, умеющей улавливать и собирать такие сигналы, позволяет вывести сканирование на принципиально новый уровень качества.
Гиперлинза сделала из доступных материалов – это 36 бронзовых пластин. Сложенные вместе, они напоминают ручной веер. Развернутая на ширину 180 градусов конструкция имеет внутренний радиус 2,7 сантиметра, а внешний – 21,8 сантиметра.
Бронза выбрана для изделия не случайно – этот материал примерно в 7000 раз плотнее воздуха, что позволяет создать максимальную анизотропность (различие физических свойств) на границе сред, где распространяются плоские волны.
За счет этих свойств гиперлинзы попадающие на нее "рассеивающиеся" волны многократно преумножаются, превращаясь в так называемые возрастающие волны без искажений.
Переоценить значение изобретения очень сложно. Одной из главных промышленных задач, где давно
существует потребность в столь точном и качественном способе сканирования, является изготовление сложнокомпозиционных материалов из металлов и диэлектриков.
Контроль качества таких веществ предполагает ультразвуковое сканирование, которое выявляет мельчайшие дефекты в виде полостей внутри готовой продукции.
С новой гиперлинзой точность оценки возрастет, и можно будет обнаруживать дефекты размерами до 150 нанометров, в то время как самый тщательный осмотр с применением микроскопа не позволяет увидеть каверны и полости с диаметром меньше 260 нанометров.
В ходе опытов было доказано, что сканирование с гиперлинзой позволяет обрисовать в деталях объект, чей размер в 6,7 раза меньше, чем длина используемой звуковой волны.
Теперь ученые из лаборатории Беркли видят перед собой главную задачу в том, чтобы приспособить открытие к нуждам медицины, где используется особый вид ультразвукового обследования – пьезоэлектрические сигналы.