聲音的邊緣檢測(cè)概念是類似超生或者聲納這些常用技術(shù)的基礎(chǔ)。本質(zhì)上，聲音會(huì)按照特定的頻率發(fā)出，然后由一臺(tái)設(shè)備檢測(cè)聲音何時(shí)、在什么位置與固體對(duì)象接觸。根據(jù)應(yīng)用的需要，上述邊緣檢測(cè)可以用于創(chuàng)建實(shí)體對(duì)象的一般形狀和位置，或根據(jù)它與材料之間的交互方式仔細(xì)區(qū)分不同材料之間的區(qū)別。在實(shí)際應(yīng)用中，人們經(jīng)常用超聲波來(lái)監(jiān)測(cè)胎兒在子宮內(nèi)的發(fā)育，或者探測(cè)飛機(jī)支撐結(jié)構(gòu)和鐵軌內(nèi)部的細(xì)微裂縫，以及用聲納繪制海床或跟蹤海洋生物的運(yùn)動(dòng)。

要了解聲音的反射如何起作用，以及為什么不起作用，最重要的是要知道當(dāng)聲音撞擊到一個(gè) 固體表面時(shí)到底發(fā)生了什么。當(dāng)聲音與固體對(duì)象的邊緣碰撞時(shí)，它們會(huì)彈開(kāi)并產(chǎn)生一種聲音的“損耗波”，這種“損耗波”的消散速度比原始聲波快得多。 由于這些次波衰減得很快，因此它們只能在特定情況下才能測(cè)到。目前記錄這些波的方法十分有限，而且很容易受到原始聲波的干擾。

近日，來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一群研究人員找到了一種新方法能夠?qū)⑦@些非常微弱的短聲波與那些持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的原始聲波區(qū)別開(kāi)來(lái)。將這種技術(shù)用于聲學(xué)成像，就可以過(guò)濾掉大部分的長(zhǎng)聲波，而只檢測(cè)從對(duì)象邊緣反射的次波，這樣就可以只需要快速的掃描就可以生成對(duì)象的簡(jiǎn)單輪廓。

“這種類型的測(cè)量方法帶來(lái)了類似于圖像處理軟件中的邊緣檢測(cè)過(guò)濾器的效果，這種圖像邊緣檢測(cè)工具使得用戶只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以確定對(duì)象的基本輪廓。”蘇黎世理工學(xué)院力學(xué)和材料學(xué)教授Chiara Daraio解釋說(shuō)。

那么，科學(xué)家們是怎么做到的呢？這要?dú)w功于蘇黎世理工學(xué)院的Miguel Molerón開(kāi)發(fā)的一種新型3D打印聚合物結(jié)構(gòu)。這種3D打印的結(jié)構(gòu)有屬于正確地過(guò)濾掉不同的聲音，因此只有特定的聲波會(huì)被檢測(cè)到。從外型上看，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)方形管，其被劃分成5個(gè)共鳴腔，每個(gè)部分之間由小窗連接。

下半圖是ETH標(biāo)志的聲波邊緣檢測(cè)結(jié)果

當(dāng)聲波穿過(guò)這些腔室時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)短聲波，而將連續(xù)的腔室則會(huì)將較長(zhǎng)的聲波過(guò)濾掉。在該結(jié)構(gòu)的端部還安裝了4個(gè)麥克風(fēng)來(lái)檢測(cè)發(fā)射的聲音。由于“損耗波”是僅靠對(duì)象的邊緣產(chǎn)生的，而且只能持續(xù)很短的一段時(shí)間，因此研究人員就通過(guò)這個(gè)聚合物結(jié)構(gòu)放大它們，直到它能夠被挑選出來(lái)，并生成所述對(duì)象的輪廓圖像。

該研究人員指出，這個(gè)系統(tǒng)并不是為了產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象的完整詳細(xì)掃描結(jié)果，它更適用于那種需要在盡可能短的時(shí)間里盡可能多地捕獲對(duì)象信息的情況，特別是用于掃描材料裂隙或缺陷的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中對(duì)象的輪廓或邊緣是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的完整性所需的唯一信息，因此會(huì)更快更準(zhǔn)確地得到結(jié)果。

不過(guò)，目前這種新的檢測(cè)方法還僅僅是一個(gè)概念驗(yàn)證，需要更多的研究和改進(jìn)，以確定它最適合哪些應(yīng)用。在原來(lái)的實(shí)驗(yàn)中研究人員使用的是可聽(tīng)到的聲音，所以下一步他們打算使用超聲波或其他人類聽(tīng)不到的聲波。