主要成果
上海の東華大学、上海工程科学大学、およびShenda Technologyの研究チームは、人工進化アルゴリズムを用いて内部構造を最適化した音響メタマテリアル・パッケージを開発し、電気自動車（EV）用モーターから発生する2000 Hz以下の低周波騒音を最大11.2デシベル低減させることに成功した。この成果は、重量増加を極限まで抑えつつ、広帯域の騒音抑制を実現した点に大きな意義がある。
技術・詳細
開発された「MRPAM-AP」は、単一の共振器ではなく、特性の異なる3種類（A、B、C）の共振器を薄い熱可塑性ポリウレタンプレート上に回転パターンで配置した「多周波数共振結合」構造を採用している。各共振器は半径、高さ、特性長が異なり、それぞれ異なる固有周波数を持つ。これにより、個別の共振帯域が重なり合い、単一共振メタマテリアルの弱点であった「狭い帯域しか遮断できない」という課題を克服し、広帯域な減衰領域を実現した。
材料面では、量産に適した射出成形が可能な熱可塑性ポリウレタンを構造材として使用し、さらに空隙率や流動抵抗などを精密に特性化したポリウレタンフォームの吸収層（厚さ15ミリメートル）を組み合わせている。解析においては、プレートと個別の共振器を多自由度システムとして扱う動的モデルを構築し、Kirchhoff-Loveプレート理論に基づいた有限要素シミュレーションを用いて、幾何学的パラメータが音響透過損失に与える影響を検証した。
背景・業界の文脈
EVではエンジン音が消えた代わりに、モーター特有の高周波の唸り音や低周波のハム音が顕在化している。通常、低周波音を遮断するには「質量則（Mass Law）」に従い、遮音材の質量を増やすか壁を厚くする必要があるが、EVのパワートレイン設計において重量増加は許容されない。従来の高密度断熱材や多孔質吸音フォームによる対策では、低周波帯域において重量的に不可能な設計上の限界（インパス）に直面していた。
今後の展望
本研究で用いられた音響メタマテリアルは、局所共振を利用することで、材料の厚みよりもはるかに長い波長の音を反射または吸収できる。これにより、質量則の制約を受けずに軽量なパネルで低周波騒音を抑制することが可能となった。研究チームは、パラメータ感度分析を通じて、メタマテリアルの性能が多くの相互作用する変数に依存し、その関係が強く非線形であることを明らかにしており、AIによる最適化が設計の鍵となることを示している。
元記事: https://bioengineer.org/ai-tuned-acoustic-metamaterial-silences-electric-motor-noise-below-2000-hz/
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