声学超材料-具有定制几何形状的建筑材料，旨在控制声波或弹性波在介质中的传播-已经通过计算和理论方法进行了广泛的研究。迄今为止，这些材料的物理实现仅限于大尺寸和低频率。
麻省理工学院Robert N. Noyce职业发展主席、机械工程助理教授Carlos Portela解释说：“超材料的多功能性——既轻又强，又具有可调的声学特性——使它们成为极端条件工程应用的绝佳候选者。”“但是，在高频声学超材料的小型化和表征方面的挑战阻碍了实现具有超声波控制能力的先进材料的进展。”
一项由Portela；麻省理工学院机械工程系（MechE）的Rachel Sun、Jet Lem和Yun Kai；和美国能源部堪萨斯城国家安全校区的Washington DeLima提出了一种控制超声波在微观声学超材料中传播的设计框架。关于这项工作的一篇论文，“通过惯性设计在微尺度超材料中定制超声波传播”，最近发表在《科学进展》杂志上。
Portela说：“我们的工作提出了一个基于精确定位微尺度球体的设计框架，以调整超声波如何通过3D微尺度超材料。”“具体来说，我们研究了在超材料晶格中放置微观球形质量如何影响超声波传播的速度，最终导致波引导或聚焦响应。”
通过非破坏性、高通量激光超声表征，该团队实验证明了微尺度材料中可调的弹性波速度。他们利用不同的波速在空间和时间上调整微尺度材料中的波传播，还展示了一种声学解复用器（一种将一个声学信号分离成多个输出信号的设备）。这项工作为微型设备和组件铺平了道路，这些设备和组件可以用于超声波成像或通过超声波传输信息。
Portela说：“通过简单的几何变化，这种设计框架扩展了超材料的可调动态特性空间，使微尺度声学超材料和器件的设计和制造变得简单。”
该研究还推进了微尺度声学超材料的实验能力，包括制造和表征，以应用于医学超声和机械计算应用，并强调了超声波在超材料中传播的潜在力学，通过简单的几何变化调整动态特性，并将这些变化描述为质量和刚度变化的函数。更重要的是，该框架适用于微尺度以外的其他制造技术，只需要单一的组成材料和一个基本的3D几何结构就可以获得很大程度上可调的性能。
“这个框架的美妙之处在于它从根本上将物理材料属性与几何特征联系起来。通过将球形质量放置在类似弹簧的晶格支架上，我们可以直接类比质量如何影响准静态刚度和动态波速，”孙说，他是该研究的第一作者。“我意识到，无论我们是振动还是缓慢压缩材料，我们都可以获得数百种不同的设计和相应的材料特性。”
