超材料用微波解方程

能够立即解决科学家开发的复杂数学问题的材料……

你是否曾经移动过家里的Wi-Fi路由器和各种增强器来获得良好的连接，却发现家里的某些地方仍然信号不好?或者去过一场音乐会，想知道他们是如何确保扬声器发出的声音到达每一个观众的，没有安静的地方?

一种新材料可以在不使用计算机的情况下计算出这些问题和其他各种问题的答案。因为它只依赖于它的特殊形状来做，每个答案在不到百万分之一秒的时间里就出来了——所以它非常快!

这种速度并不是唯一的好处。宾夕法尼亚大学的Nader Engheta设计了这个系统，他解释说:“它的功耗也很低，所以可能需要更少的能量。”这意味着许多棘手的现实世界问题可以变得更容易解决。

因为这类问题可以用数学方程来建模，所以计算如何对WiFi或音乐会扬声器进行排序可以看起来像一个复杂的求和，如果你从逻辑上进行计算，就会得到最好的答案。Engheta强调了目前这种方法的缺点，“计算机当然可以解决这些类型的方程，但它们通常是通过模拟来解决的，这通常需要时间。”

Engheta设计的系统不是计算机，而是一个超材料(meta-，来自希腊语，意思是超越)的例子，它利用材料的结构赋予其超出材料本身所能做的特性。在这种情况下，与电磁波相互作用并改变电磁波。

这些波是频谱的一部分，包括用于向汽车播放音乐的无线电波，用于加热食物的微波，我们看到的可见光，甚至是x射线和伽马辐射——这两种你想要限制你接触的辐射。

当你沿着无线电的频谱移动时，你从波峰(波长)之间的距离最大的波开始，逐渐减少到伽马波的非常小的波长。为了证明他的概念，恩格塔使用微波，在更大的一端，发射到超材料结构中。

该系统是由塑料制成的，通过钻孔，使其具有独特的结构。它让Engheta的团队想起了更可食用的东西，“我们喜欢叫它瑞士奶酪!这块塑料瑞士奶酪上这些气孔的位置、大小和形状与我们想要解决的方程直接相关。”

解决这个方程的方法很简单，就是通过改变它们的强度和相位等特性，把与方程输入相匹配的微波放进去。”正如Engheta解释的那样，“当微波通过这种材料传播并击中一些气孔时，这就是解决这个方程的真正神奇之处。”波浪与塑料和孔相互作用，当波浪出来时，波浪的形状、强度和相位将是解决方案。”本质上，微波正在解决数学问题。

由于使用微波，该系统的尺寸约为30厘米× 60厘米。这转化为大约4个波长乘8个波长，无论使用哪种波类型都是一样的。所以它也适用于波长更短的光波，这才是真正令人兴奋的地方。“该系统将缩小到非常小的尺寸，大约只有几微米，是人类头发厚度的一小部分，”Engheta说。

这个小尺寸是发现的真正潜力所在。Engheta解释说:“你可以想象在一个非常小的区域内，许多这样的塑料瑞士奶酪彼此相邻，它们中的每一个都可以解不同的方程，这些可以耦合在一起”，有效地形成一个不需要数字计算的模拟计算机芯片。

对于未来，Engheta的梦想是“让这些东西重新配置，使用像我们过去拥有的可重写cd这样的技术。这项技术将来可以用于制造这些塑料瑞士奶酪，在微米尺度上。”如果他们成功了，在未来，你可以打印和修改你自己的超快，低功耗的模拟计算机。