聲音的邊緣檢測概念是類似超生或者聲納這些常用技術的基礎。本質上，聲音會(hui) 按照特定的頻率發出，然後由一台設備檢測聲音何時、在什麽(me) 位置與(yu) 固體(ti) 對象接觸。根據應用的需要，上述邊緣檢測可以用於(yu) 創建實體(ti) 對象的一般形狀和位置，或根據它與(yu) 材料之間的交互方式仔細區分不同材料之間的區別。在實際應用中，人們(men) 經常用超聲波來監測胎兒(er) 在子宮內(nei) 的發育，或者探測飛機支撐結構和鐵軌內(nei) 部的細微裂縫，以及用聲納繪製海床或跟蹤海洋生物的運動。

要了解聲音的反射如何起作用，以及為(wei) 什麽(me) 不起作用，最重要的是要知道當聲音撞擊到一個(ge) 固體(ti) 表麵時到底發生了什麽(me) 。當聲音與(yu) 固體(ti) 對象的邊緣碰撞時，它們(men) 會(hui) 彈開並產(chan) 生一種聲音的“損耗波”，這種“損耗波”的消散速度比原始聲波快得多。 由於(yu) 這些次波衰減得很快，因此它們(men) 隻能在特定情況下才能測到。目前記錄這些波的方法十分有限，而且很容易受到原始聲波的幹擾。

近日，來自蘇黎世聯邦理工學院的一群研究人員找到了一種新方法能夠將這些非常微弱的短聲波與(yu) 那些持續時間更長的原始聲波區別開來。將這種技術用於(yu) 聲學成像，就可以過濾掉大部分的長聲波，而隻檢測從(cong) 對象邊緣反射的次波，這樣就可以隻需要快速的掃描就可以生成對象的簡單輪廓。

“這種類型的測量方法帶來了類似於(yu) 圖像處理軟件中的邊緣檢測過濾器的效果，這種圖像邊緣檢測工具使得用戶隻需點擊鼠標就可以確定對象的基本輪廓。”蘇黎世理工學院力學和材料學教授Chiara Daraio解釋說。

那麽(me) ，科學家們(men) 是怎麽(me) 做到的呢？這要歸功於(yu) 蘇黎世理工學院的Miguel Molerón開發的一種新型3D打印聚合物結構。這種3D打印的結構有屬於(yu) 正確地過濾掉不同的聲音，因此隻有特定的聲波會(hui) 被檢測到。從(cong) 外型上看，該結構是一個(ge) 方形管，其被劃分成5個(ge) 共鳴腔，每個(ge) 部分之間由小窗連接。

下半圖是ETH標誌的聲波邊緣檢測結果

當聲波穿過這些腔室時，其內(nei) 部結構能夠增強短聲波，而將連續的腔室則會(hui) 將較長的聲波過濾掉。在該結構的端部還安裝了4個(ge) 麥克風來檢測發射的聲音。由於(yu) “損耗波”是僅(jin) 靠對象的邊緣產(chan) 生的，而且隻能持續很短的一段時間，因此研究人員就通過這個(ge) 聚合物結構放大它們(men) ，直到它能夠被挑選出來，並生成所述對象的輪廓圖像。

該研究人員指出，這個(ge) 係統並不是為(wei) 了產(chan) 生一個(ge) 對象的完整詳細掃描結果，它更適用於(yu) 那種需要在盡可能短的時間裏盡可能多地捕獲對象信息的情況，特別是用於(yu) 掃描材料裂隙或缺陷的應用。在這些應用中對象的輪廓或邊緣是驗證結構的完整性所需的唯一信息，因此會(hui) 更快更準確地得到結果。

不過，目前這種新的檢測方法還僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 概念驗證，需要更多的研究和改進，以確定它最適合哪些應用。在原來的實驗中研究人員使用的是可聽到的聲音，所以下一步他們(men) 打算使用超聲波或其他人類聽不到的聲波。