Professeur Arash Yavari. Crédit photo : Jess Hunt-Ralston
Dans leurs dernières recherches sur la faisabilité du camouflage, le professeur Arash Yavari et le Dr Ashkan Golgoon, PhD CE 20, ont découvert que s’il n’est pas possible de protéger complètement les plaques des ondes de stress, une protection partielle – ou camouflage – est possible.
«Notre conclusion est que vous ne pouvez pas avoir de dissimulation exacte, mais vous pouvez espérer une dissimulation partielle», a déclaré Yavari. « Il s’agit d’une base mathématique pour la conception future de capes ou de boucliers approximatifs. »
L’article, «Transformation Cloaking in Elastic Plates», publié dans le Journal of Nonlinear Science en janvier, est l’aboutissement de quatre années de recherche soutenues par le U.S. Army Development Command, connu sous le nom de DEVCOM, Army Research Laboratory.
Yavari et son ancien étudiant Golgoon, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université Northwestern, ont commencé cette recherche fondamentale pour savoir si l’idée de camouflage – donner aux structures une protection qui les rendrait «intouchables» face aux ondes de stress comme les explosions ou les tremblements de terre – est même possible.
Le laboratoire de recherche de l’armée s’est intéressé aux travaux en raison de ses applications potentielles pour la défense. Si les chercheurs trouvaient que le camouflage était possible, il pourrait être extrêmement utile de protéger le personnel, les véhicules et les installations sensibles sous la menace d’une attaque.
«L’armée utilise diverses approches pour gérer l’énergie mécanique», a déclaré le Dr Dan Cole, directeur de programme, ARL. «Le résultat du professeur Yavari est important car il nous aide à comprendre ce qui est scientifiquement possible et pourrait potentiellement nous conduire sur de nouvelles voies de recherche.»
Yavari et Golgoon ont lancé leur projet de quatre ans financé par le gouvernement fédéral en 2018 pour jeter les bases mathématiques de la technologie de camouflage et explorer si cela est théoriquement possible tout en respectant les lois de la physique.
Dans une étude de 2019 publiée dans la revue Archive for Rational Mechanics and Analysis, les auteurs ont conclu qu’il n’était pas possible de diriger parfaitement les ondes de stress dans le sol, comme celles émanant d’une explosion, autour d’objets comme des bâtiments.
Malgré le doute sur des dizaines d’articles théoriques sur le «camouflage élastodynamique», Yavari et Golgoon ont conclu que les ingénieurs ne devraient pas complètement y renoncer – juste sur l’idée d’un manteau idéal. Un camouflage limité pourrait encore ajouter un degré de protection aux structures, en particulier contre certaines ondes de stress courantes lors des tremblements de terre.
Dans leur article le plus récent, Yavari et Golgoon se sont concentrés sur les structures bidimensionnelles en analysant la possibilité d’un camouflage idéal dans des plaques élastiques.
Leur conclusion était à nouveau un «théorème de non-droit» : le camouflage exact n’est pas possible, mais le camouflage partiel est et pourrait encore être très bénéfique.
«C’est toujours très positif parce que vous savez à quoi vous pouvez vous attendre et à quoi vous ne pouvez pas vous attendre», a déclaré Yavari. «Vous ne pouvez pas cacher quelque chose à une vague arbitraire. Mais si vous connaissez les charges de votre service, vous pouvez concevoir une cape approximative. »
Golgoon, diplômé en 2020, a obtenu le meilleur doctorat de l’École de génie civil et environnemental. Prix de thèse pour sa thèse sur cette recherche de camouflage, intitulée «Transformation Elasticity and Anelasticity».
Le concept de camouflage est relativement nouveau, les premières recherches sur le sujet ayant été publiées il y a environ 15 ans. Yavari a été initié à la recherche par un mathématicien et mentor distingué, qui lui a envoyé l’un des premiers articles sur le camouflage élastique en 2007.
Alors que le camouflage s’inscrit parfaitement dans l’intérêt des ingénieurs, les mathématiques délicates nécessaires pour le formuler ne se trouvent généralement pas dans le domaine de l’ingénierie.
Dans ses recherches de dissimulation, Yavari a utilisé la géométrie différentielle, qu’Albert Einstein a employée de façon célèbre dans sa théorie de la relativité générale. Au cours des deux dernières décennies, il est devenu plus courant de voir des ingénieurs utiliser la géométrie différentielle dans leur travail.
Dans le problème du camouflage, il faut avoir une compréhension claire des propriétés de transformation des équations gouvernantes de l’élasticité. «C’est un problème très, très subtil», a déclaré Yavari.
La recherche de Yavari est fortement mathématique, mais cela ne fait pas de lui un cas aberrant parmi ses pairs de l’École de génie civil et environnemental, où les professeurs repoussent les limites grâce à une recherche interdisciplinaire unique.
«C’est un département très diversifié. Nous avons des gens qui font tellement de choses différentes, et c’est une vraie force », a déclaré Yavari.
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