アメリカ・コロラド大学ボルダー校（University of Colorado Boulder）の研究によると、航空機の外皮の下にある合成材料を改良し、微小な振動を利用して湍流を中和することで、空気抵抗と二酸化炭素排出を減少させることができるという。この技術は、商業航空会社や高速飛行機に大幅な燃料節約をもたらす可能性があると研究チームは指摘している。
従来の航空機の抵抗を減少させる方法は主に機体の形状を変更することに集中していたが、新しい研究では、外皮の下の材料の特性を調整することも同様に効果的であることが示された。航空エンジニアは、外皮の下層に「フォノニックサブサーフェス」（phononic subsurfaces）構造を導入し、気流のエネルギーを吸収し、逆位相の微小振動を生成することで、機体表面を滑らかに流れる気流を実現する。このプロセスは、重いモーターや複雑な可動部品を必要とせず、受動的に完了することができる。
湍流境界層は飛行に対して非常に大きな影響を与える。飛行機が時速約640マイル（約1,030キロ）で飛行する際、空気が機体表面に激しく衝突し、湍流境界層を形成し、エンジンがより多くの燃料を消費することを強いられる。この新技術がこのような湍流を効果的に抑制できれば、商業航空は大幅に二酸化炭素排出を削減し、運営コストを節約できる。
フォノン振動技術は航空燃料費の節約が期待される
研究責任者で機械工学の教授であるMahmoud I. Husseinは、航空時代の始まり以来、抵抗を制御する主流の方法は飛行機の外形を変更することに限られていたが、新しいコンセプトは気流と動的に相互作用できる材料を利用して、飛行機の性能を前例のない方法で向上させることだと述べている。
フォノン（phonons）は、物質の物理構造内に閉じ込められた微小な、亜原子スケールの振動を指す。Husseinは約10年前に「フォノニックサブサーフェス」（PSubs）という概念を初めて提唱し、その後チームは改良を続けてきた。初期のサブサーフェスプロトタイプは単一の正確な振動周波数にしか対応できず、現実の混沌とした湍流スペクトルに対しては効果が限られていた。
チームは『Physical Review X』および『Proceedings of the Royal Society A』に発表した2篇の論文で、それぞれ「スーパー共鳴」（super-resonance）および「無散乱干渉」（scatterless interference）という2つのブレークスルーを紹介した。前者はサブサーフェス構造をコイル状に巻くことで、吸収可能な振動周波数範囲を広げ、後者は戦略的な格子配置を利用して、下流の広範囲な領域（例えば翼と機体）の湍流を抑制する。
技術はまだシミュレーション段階であり、応用範囲は航海や工業にまで拡大することが期待される
博士課程の学生で共著者のAdam Harrisは、無散乱干渉がPSubの下流の不安定場の空間的挙動を減衰させる方法を提供し、スーパー共鳴が制御技術の動作可能な周波数範囲を広げることで、両者の組み合わせが元のPSub概念を実際の複雑な気流環境に必要な多機能性に近づけると説明している。
研究チームは、現段階では技術がまだコンピュータシミュレーションの段階にあることを強調している。しかし、世界中の複数の研究グループが実体プロトタイプの製作を開始しており、実際の効果を検証するための風洞テストを行う準備を進めている。航空分野以外にも、研究者はスーパー共鳴および無散乱干渉技術が船舶の船体、商業パイプライン、タービン機械に応用できると期待しており、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
気候変動によって深刻な湍流が2023年に1979年以来55％増加したことが研究で示されており、航空燃料消費を減少させる技術の需要がますます切迫している。アメリカ本土を横断する単一のフライトは平均して10,000ガロン以上の燃料を消費しており、新技術が成熟すれば、航空業界に数十億ドルのコスト削減をもたらすことが期待されている。