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Jueves, 16 julio 2015
Ciencia de los Materiales

Guiar sonidos para que rodeen obstáculos

Cuando una onda de sonido se topa con un obstáculo y sufre una dispersión, la señal se puede degradar o incluso perder. Pero ¿qué ocurriría si pudiéramos guiar la señal alrededor del obstáculo, evitando la actuación de este, de tal modo que la situación resultante fuese la misma que si dicha barrera no existiera? Unos científicos de la Universidad de Nanjing en China han creado un material, a partir de membranas de polietileno, que hace exactamente eso.

 

El producto final creado por el equipo de Xiaojun Liu es un metamaterial (material con estructura trabajada a escala microscópica) con efectos acústicos y con una densidad efectiva cercana a cero.

 

Este avance tecnológico podría dar lugar a una red de transmisión acústica con propiedades históricamente codiciadas y que hasta ahora eran esencialmente exclusivas de la ciencia-ficción. Entre estas propiedades, estaría la de conseguir una buena transmisión acústica en lugares con obstáculos, haciendo girar el sonido por esquinas y llevándolo a rodear otros obstáculos. Pero también es destacable la propiedad de poder dividir de modo muy eficiente ondas sonoras, y la de volver a un objeto “invisible” para los sonidos.

 

En prototipos anteriores ya se intentó lograr una densidad cercana a cero mediante el uso de cristales fonónicos y otras estructuras para crear lo que se conoce como "conos de Dirac", pero alcanzar el nivel de eficiencia apropiado exigía grandes tamaños, estructuras geométricas complejas, y realizar la difícil hazaña de enlentecer el avance de las ondas de sonido hasta velocidades extremadamente bajas dentro de cilindros dispersores, todo lo cual limitó mucho sus aplicaciones prácticas.

 

[Img #29322]

 

En el nuevo diseño, en cambio, se apuesta por algo más pequeño y directo. La estructura clave consta de membranas de polietileno de 0,125 milímetros de espesor perforadas con agujeros de 9 milímetros de radio en una cuadrícula situada dentro de una guía de ondas metálica, una estructura física para guiar las ondas de sonido. Las resonancias intensivas de las membranas reducen significativamente la densidad de masa efectiva de la estructura, que es una medida de su respuesta dinámica a las ondas de sonido incidentes.

 

Cuando a un sonido con una frecuencia de 990 Hz se le conduce y acelera con rapidez a través del material, las membranas actúan como un túnel para el sonido, encapsulando las ondas dentro de regiones locales con sublongitudes de onda. Esta disposición permite que las ondas sonoras pasen a través sin acumular un cambio de fase o distorsionar el frente de onda, algo análogo al efecto de túnel cuántico, en el que una partícula atraviesa una barrera de energía potencial que de otro modo resultaría insuperable por las limitaciones derivadas de la mecánica clásica.

 

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