음향 홀로그램(AH) 렌즈에 대한 전통적인 설계 방법은 주로 음향파 전파의 시뮬레이션에 의존하며, 흔히 반복 각도 스펙트럼 접근법(Iterative Angular Spectrum Approach, IASA)과 기계 학습 보조 반복 알고리즘을 사용한다. 그러나 이러한 방법들은 대체로 음원(소스)의 공진 특성과 트랜스듀서 프런트엔드의 조립 조건 같은 실질적 요인을 누락하는데, 이는 다초점 초점 성능을 최적화하고 실험 오차를 최소화하는 데 결정적으로 중요하다. 이러한 공백을 해소하기 위해, 우리는 다중물리(multiphysics) 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 활용하여 고조파(harmonic) 파 전파와 더불어 트랜스듀서 구성요소의 구조적 진동을 모두 반영하는 방안을 탐색하였다. 본 예비 연구에서는 FEA로 설계한 AH 렌즈의 적용 가능성을 평가하였다. 450 kHz의 음향 홀로그램 렌즈를 기존 IASA를 사용하여 “U”자형 압력 패턴을 생성하도록 모델링하였다. 이후 이 모델을 FEA 프로그램으로 가져와 해석을 수행하였다. 체적 래핑(volume wrapping)과 메싱 후, 홀로그램 렌즈를 통과하는 파의 전파를 450 kHz에서 시뮬레이션하였다. 두 가지 모델을 비교하였다: 1) AH 렌즈 단독 모델과 2) AH-렌즈를 갖는 피에조 공진자(piezo-resonator) 모델로, 모두 완전 3D 및 반대칭(half-symmetric) 구성에서 평가하였다. 완전 모델에는 180만 개의 사면체(tetrahedral) 요소와 250만 개의 노드가 포함되었으며, 단일 주파수 고조파(harmonic) 해석은 13.25 GB의 메모리를 사용하여 1시간 50분 만에 완료되었다. 비교 결과, 피에조 전기적(피에조) 진동자 효과는 IASA 결과와 비교하여 영상 상관(image correlation)을 약 20% 감소시켰다. 이는 구조적 진동을 통합함으로써 다중물리 FEA가 보다 현실적인 시뮬레이션을 제공하여 설계 결과의 정확도를 높일 수 있음을 시사한다.

*본 초록은 AI를 통해 원문을 번역한 내용입니다. 정확한 내용은 하기 원문에서 확인해주세요.