Zvukové kulky

Zvukové vlny mohou přenášet značnou mechanickou energii. Pokud se podaří tuto energii přesně zacílit a koncentrovat, účinek tlakového nárazu zvukové vlny se podobá působení kulky či skalpelu. K tomu je ale třeba použít speciálního materiálu, tzv. metamateriálu. Tyto "zvukové kulky" se pak mohou stát mocným nástrojem, někdy je lze použít dokonce jako akustickou zbraň. Zvukové kulky o vysoké hustotě energie a s přesnou lokalizací mohou např. přesně ničit malé nádorové buňky, ledvinové kaménky, ale i rozrušovat velké objekty, jakými můžou být např. nepřátelské ponorky či podzemní bunkry.

Vznik zvukových kulek (video) vychází z principu známé fyzikální hračky, která se jmenuje Newtonův rázostroj či Newtonova houpačka. Jde o řadu kuliček, které jsou zavěšeny v přímé linii těsně vedle sebe, tedy kyvadel. Když vychýlíme a pustíme jednu z krajních kuliček, přenese se ráz prakticky hned až na druhý konec řady a všechny kuličky zůstanou na svém místě, okamžitě předají ráz dál. Samozřejmě kromě té poslední, která leží na druhém okraji houpačky a která už nemá "souseda", kterému by mohla ráz předat. Tato poslední kulička se viditelně vychýlí, podobně jako první a pak vrátí impuls zpátky.

Existují ovšem také rázostroje, které fungují ve dvou nebo třech rozměrech. Výzkumníci z Kalifornské techniky využili speciálního materiálu či spíše dvourozměrné struktury s inženýrsky měnitelnými mechanicko-akustickými vlastnostmi, aby vytvořili speciálně fyzikálně vybavené pole z podobných "kuliček". Toto pole kuliček je vytvořeno tak, aby mělo vlastnost akustické čočky. Akustická čočka zaostřovat na velmi malé oblasti zvukové vlny, podobně jako optická čočka dělá totéž se světlem. Aktivní fokusační oblast tohoto tzv. metamateriálu byla tvořena 21 řetízky s navlečenými ocelovými kuličkami, na každém řetízku jich bylo opět 21.

Jistá zvuková vlna, která projde tímto prostředím, se zcela neodrazí zpět, ale vyjde částečně ven v podobě sbíhající se kruhové vlny s přesně daným ohniskem. Tímto způsobem může být v ohnisku dosaženo extrémně velkého tlaku při průchodu čela rázové vlny. Přesněji řečeno už zde nejde o běžnou zvukovou vlnu, ale o tzv. soliton, což je striktně ohraničená rázová vlna, která během cesty tvoří souvislý tvar. Intenzitu nárazu či řezu je možno pomocí změn parametrů akustické čočky plynule měnit, a to i směrem k malým pulsům, tedy k nedestruktivnímu, neinvazivnímu průchodu zvukových pulsů živou tkání. Polohu ohniska a ostrost zobrazení akustické čočky lze také dobře měnit.

Fokusace vlny je dosaženo tím, že vnější řetízky s kuličkami jsou k sobě stlačeny více než vnitřní. Rychlost vlny v oblasti vnějších řetízků je pak vyšší než uvnitř, což vede ke speciálnímu tvarování globální vlny.

Celá metoda je zatím ve vývoji a na živé tkáni zatím zkoušena nebyla. Bude patrně trvat ještě několik let, než ji bude možné využít v praxi. Oproti ultrazvuku je tato metoda diagnosticky kvalitnější.