Аэрогель по образцу совы поможет приглушить низкий гул городов

Глухой рёв автобуса, трогающегося с места, ровное гудение трассы ночью, далёкий рокот строительной техники — эти звуки проникают сквозь стены и окна. В отличие от резких шумов, которые возникают и исчезают, низкие частоты задерживаются надолго. Они заставляют вибрировать бетон и стекло, превращая дома и офисы в резонансные камеры механического фона.

Инженеры давно сталкиваются с проблемой таких глубоких тонов. Традиционная звукоизоляция основана на толстых и тяжёлых пеноматериалах или плотных барьерах, которые подавляют вибрации за счёт собственной массы. Это эффективно, но имеет цену: громоздкие панели, дополнительный вес и материалы, не всегда экологичные.

Теперь вдохновение пришло от неожиданно тихого охотника — совы. Совы известны своим почти бесшумным полётом, что во многом связано с тонкой структурой их перьев. Вместо гладких краёв у перьев есть мягкие бахромки и пористые слои, которые рассеивают воздушные завихрения и приглушают звук. Учёные воспроизвели этот принцип в гораздо меньшем масштабе, разработав аэрогели из нановолокон — материалы из чрезвычайно тонких волокон, сплетённых в пористую, губчатую сеть, — способные улавливать и рассеивать низкочастотный шум.

Аэрогель часто называют «твёрдым дымом», потому что он в основном состоит из воздуха, удерживаемого тонким каркасом. Новая версия использует спутанные волокна толщиной в миллиардные доли метра. Когда глубокие звуковые волны проникают в материал, они не просто отражаются. Им приходится проходить через лабиринт крошечных каналов. По пути их энергия преобразуется в небольшое количество тепла, ослабляя вибрацию до того, как она сможет распространиться дальше.

Низкочастотный шум особенно трудно подавить, потому что его длинные волны просачиваются через щели и тонкие стены. Именно поэтому бас из соседской стереосистемы кажется проходящим через пол. Точно настраивая расстояние и плотность нановолокон, исследователи обнаружили, что могут эффективнее воздействовать на эти длинные волны по сравнению с обычной пеной — и при значительно меньшей толщине и весе.

В результате получен материал, способный снизить интенсивный шум двигателей до уровней, считающихся безопасными, без необходимости в толстых изоляционных слоях. Поскольку аэрогели в основном состоят из воздуха, они исключительно лёгкие. Это открывает возможности там, где вес имеет значение: внутри транспортных средств, вокруг промышленного оборудования и даже в составе строительных панелей без увеличения их объёма. Первые разработки также ориентированы на устойчивость, с использованием процессов и компонентов, менее вредных, чем многие синтетические пены.

Шумовое загрязнение часто воспринимается как незначительное неудобство, однако его последствия накапливаются. Хроническое воздействие дорожного или промышленного гула связано со стрессом, нарушениями сна и нагрузкой на сердечно-сосудистую систему. По мере уплотнения городов и появления новых тональных звуков от электромобилей управление шумом становится вопросом не только комфорта, но и общественного здоровья.

Примечательно в этом исследовании не только само вещество, но и новый взгляд на проблему. Вместо того чтобы подавлять шум массой, учёные обращаются к биологическим системам, работающим за счёт структуры. Сова не делает лес тише своей тяжестью — она использует тонкую геометрию. Этот переход от грубой силы к структурной изощрённости отражает более широкую тенденцию в материаловедении, где микроскопический дизайн способен превзойти простую толщину.

Пройдёт ещё время, прежде чем аэрогели по образцу сов появятся на стенах городов или в промышленных корпусах. Им предстоит доказать долговечность, экономическую целесообразность и масштабируемость производства. Однако принцип уже ясен: путь к более тихому миру лежит не обязательно через более толстые барьеры, а через более лёгкие и продуманно спроектированные решения.

Если эти материалы выйдут из лабораторий в повседневную жизнь, изменения могут быть незаметными и неэффектными. Возможно, они проявятся лишь в отсутствии низкого, постоянного гула. В мире, который редко становится тише сам по себе, это было бы значимым шагом вперёд.