Метаматериалы для УЗИ

Ученые придумали, как обойти один из главных недостатков ультразвуковых изображений — плохое разрешение. Это можно сделать с помощью новых метаматериалов.

Трудно найти человека, который ни разу не видел ультразвуковое изображение собственных органов, однако «прочитать» такие снимки зачастую может только специалист. Дело в том, что согласно законам физики, минимальная величина объекта, который можно «увидеть» с помощью волны, ограничена самой длиной волны. Например, для получения УЗИ тканей, используют частоту звуковой волны в 1−5 мегаГерц (такой звук человек расслышать не в состоянии), что соответствует разрешению около одного миллиметра.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, физики из Беркли, Автономного университета в Мадриде (Universidad Autonoma de Madrid) и других европейских институтов показали, что с помощью специальной структуры из метаматериалов при УЗИ можно поймать быстро затухающие, так называемые исчезающие, волны и получить разрешение в 50 раз меньше, чем длина волны ультразвука.

На основе метаматериалов в последнее время уже были созданы оптические суперлинзы и двумерные акустические гиперлинзы. Теперь ученые предлагают на их основе новое устройство для улавливания исчезающих волн. Это 1600 полых медных трубок диаметром около миллиметра, упакованных в 16-сантиметровый брусок с квадратным поперечным сечением (6.3 см). Такая структура ловит исчезающие волны и, прогоняя по трубкам до конца бруска, помогает восстановить нужные детали на изображении. Устройство можно установить на ультразвуковом зонде.

Разрешение ультразвуковых изображений находится в миллиметровом диапазоне. С новым прибором его ограничивает только размер дырок структуры из метаматериала, объясняет руководитель исследований Сяобо Инь (Xiaobo Yin) из Беркли. Во время экспериментов ученые использовали акустические волны с частотой около 2 килоГерц, при этом разрешение изображения ограничивается длиной волны или 200 миллиметрами. С дырчатым метаматериалом при той же самой длине волны можно было различать детали размером менее 4 миллиметров.

Устройство поможет также улучшить работу сонаров, работающих под водой, и других ультразвуковых приборов. [7].