Сейсмический плащ-невидимка – это концепция, основанная на использовании метаматериалов для управления сейсмическими волнами таким образом, чтобы минимизировать воздействие землетрясений на здания и инфраструктуру, фактически делая их "невидимыми" для определенных волн.
Как работают метаматериалы?
Исследователи активно разрабатывают технологии, позволяющие материалам манипулировать светом и звуком таким образом, чтобы объекты становились невидимыми, используя для этого метаматериалы – искусственно созданные структуры с необычными свойствами.
Группа французских ученых представила гипотезу, согласно которой архитектурные особенности некоторых древнеримских построек, включая знаменитый Римский Колизей, могут объяснять их удивительную устойчивость к землетрясениям благодаря структурным схожестям с метаматериалами.
Метаматериалы, благодаря своей способности изгибать электромагнитные волны, являются ключом к созданию эффективных "мантий-невидимок" и "суперлинз", которые позволяют видеть на ультрамалых масштабах за счет снижения дифракционных ограничений. Состоящие из металлов вроде золота или меди, они формируются в сложные структуры, которые направляют свет вокруг объектов, делая их невидимыми, позволяя видеть то, что находится позади, но не сам маскируемый объект.
Как нужно строить город?
В отличие от мантии-невидимки Гарри Поттера, метаматериалы действительно существуют, по крайней мере, в лаборатории, но они обычно ограничены определенными длинами волн: например, микроволнами, инфракрасным светом и даже некоторыми частотами звуковых волн.
Также возможно использование метаматериалов для уменьшения ущерба, наносимого зданиям и другой инфраструктуре землетрясениями, путем перенаправления так называемых волн Релея - более мелких, поверхностных сейсмических волн, которые обычно наносят наихудшее структурное повреждение. Согласно Physics World, "Идея состоит в том, чтобы окружить здание решеткой из отверстий или твердых объектов в почве. Когда сейсмические волны в определенном диапазоне длин волн проходят через решетку, множественные отражения в решетке взаимодействуют друг с другом разрушительно, создавая запрещенную зону, что приводит к значительному уменьшению колебаний здания."
На собрании Сейсмологического общества Америки ученые представили два подхода к сейсмической защите, вдохновленные метаматериалами. Первый предлагает моделировать ландшафт с ямами и холмами как сейсмические барьеры, уменьшающие колебания земли, что подтверждается компьютерными моделями. Второй подход использует 3D-симуляции для демонстрации, как здания различной высоты и формы могут формировать городскую структуру, работающую как метаматериал, поглощающий энергию поверхностных волн и снижающий риск разрушений.
Заключение
Обзор выявляет, что эффективно спланированный городской район может интегрировать здания как составляющие сейсмической мантии, направляя их структуру для обеспечения защиты ключевых и уязвимых объектов, таких как школы и больницы, от сейсмических угроз.