Учёные не первый год обсуждают возможность создания "шапок-невидимок" для зданий, которые могли бы скрыть их от сейсмических волн.
Всё началось с того, что физики использовали тот же эффект в оптике — электромагнитные волны обводили вокруг препятствий, создавая своеобразную зону невидимости. Позднее исследователи попытались сделать то же самое со звуком (акустическими волнами). Через некоторое время другие инженеры задумались над возможностью "отводить волны" от крупных объектов, которые в случае разрушений и землетрясений будут представлять опасность для окружающей среды или иметь большую важность для человека (например, АЭС или аэропорты).
Однако ранее исследователи ограничивались математическими выкладками и гипотетическими расчётами, которые выявляли те или иные достоинства и недостатки идеи, но не претворяли радужные планы в реальность.
Недавно группа инженеров из Института Френеля (Institut Fresnel) и французской строительной компании Menard изучила практическую значимость всех этих умозаключений. Специалисты построили и протестировали первую защитную конструкцию в аллювиальном бассейне на юге Франции.
Система сооружений представляла собой три ряда пробуренных полых каналов глубиной 5 метров. Для постройки инженеры выбрали участок, который представляет собой глиняный нанос толщиной 200 метров. Полученная "конструкция" работает как метаматериал, который заставляет волны огибать защищаемую зону.
Французы изучили окрестности виртуального здания при помощи акустических сенсоров. Затем учёные провели эксперимент: создали с одной стороны массива буровых скважин волны с частотой 50 герц, которые формировали 14-миллиметровый горизонтальный сдвиг. Исследователи зафиксировали, как проходят волны через участок с созданной конструкцией.
Оказалось, что буровые каналы настолько эффективно отражали создаваемые сейсмические волны, что они не проходили даже за второй барьер из буровых каналов.
Отметим, что каждый метаматериал работает лишь в определённом диапазоне длин волн, и, как правило, диапазон этот не слишком широк. Это означает, что в случае реального землетрясения массив скважин может и не защитить гипотетическое здание, расположенное за ним. Но если настроить "метаматериал" на резонансную частоту постройки, то шансы на то, что оно устоит при "дрожи Земли", значительно увеличатся.
Впрочем, существует у этого метода и другой существенный недостаток. Отражённые от массива пробуренных колонн сейсмические волны нанесут больший ущерб окружающему пространству. По этой причине многие научные группы сейчас обратили своё внимание на метаматериалы, которые поглощают или "затормаживают" волны.
Тем не менее, простота создания изученной ныне конструкции позволяет надеяться, что постепенно учёные решат все эти проблемы и через некоторое время такой подход станет применяться для защиты крупных и важных объектов от одной из самых разрушительных природных угроз.
Описание своей работы французские инженеры поместили в статье, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org.
