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Capa acústica diseñada
Habitantes de la ciudad, descansen tranquilos. Los ingenieros han diseñado un material que redirige los sonidos y podría usarse en edificios para protegerlos de los ruidos. El material de protección contra el sonido, que, si se fabricara, sería el primer dispositivo de camuflaje acústico, también podría ser útil para ocultar barcos militares y otras embarcaciones del sonar.
Escudo de sonido: Una capa acústica que comprenda capas alternas de materiales que dispersen el sonido debería hacer que los objetos sean invisibles al sonar y aislarlos del sonido. En esta imagen generada por computadora, un cilindro (círculo verde) está cubierto con 200 capas de dicho material, que resultó ser el diseño óptimo. Las ondas sonoras que se mueven de izquierda a derecha (sus picos y valles están representados por líneas rojas y azules) pasan por el objeto y se reforman en el otro lado sin distorsión.
Los materiales de camuflaje acústico, que dirigen ondas de sonido alrededor de un objeto para que se vuelvan a formar en el otro lado sin distorsión, no existen en la naturaleza. Pero los ingenieros dirigidos por José Sánchez-Dehesa de la Universidad Politécnica de Valencia, en España, han elaborado un plan para su realización, utilizando capas alternas de dos materiales diferentes. Estos materiales comprenderían matrices de cristales sónicos, patrones de pequeñas varillas hechas de aluminio u otros materiales que permiten el paso de algunas ondas sonoras mientras bloquean el paso de otras.
El diseño de los materiales de camuflaje, publicado en el Nueva revista de física , muestra que hacer un escudo acústico se puede hacer de una manera sencilla y directa, dice Steven Cummer , ingeniero eléctrico de la Universidad de Duke que participó en la construcción de la primera capa ligera en 2006.
Sobre la base del trabajo teórico de John Pendry en el Imperial College de Londres, un grupo de la Universidad de Duke dirigido por David R. Smith e incluso Cummer creó un escudo que hace que los objetos sean invisibles a una frecuencia particular de luz de microondas. Utilizaron metamateriales, compuestos estructurados artificialmente diseñados para tener propiedades incomparables con los materiales naturales. Durante aproximadamente 10 años, los ingenieros han estado diseñando metamateriales para manipular la luz con la esperanza de crear nuevas tecnologías de visualización, lentes de microscopio y chips de computadora densos en transistores. La nueva receta de capa acústica se basa en el trabajo teórico reciente de Cummer sobre materiales acústicos y muestra que los metamateriales se pueden utilizar para manipular ondas de sonido y ondas de luz. Cummer, que no participó en el trabajo de Sánchez-Dehesa, dice que ahora debería ser posible fabricar una capa acústica.
Para que un material funcione como una capa acústica, la velocidad del sonido que lo atraviesa debe depender de la dirección. Es decir, las ondas de sonido que viajan a través del material de protección desde una dirección deben moverse a una velocidad diferente a la de las ondas que viajan en una dirección perpendicular. Estas diferencias crean efectos de dispersión que deberían dirigir las ondas de sonido para que fluyan sobre un objeto protegido como el agua que fluye alrededor de una roca. Debido a que las ondas vuelven a su conformación original después de pasar por un objeto tan protegido, el objeto se vuelve efectivamente invisible para el sonar. Y un oyente dentro de tal escudo no escucharía los sonidos fluyendo alrededor.
Sánchez-Dehesa ha modelado un manto acústico bidimensional, pero dice que extrapolar su trabajo a tres dimensiones debería ser sencillo. Estamos proponiendo una capa para cualquier forma, dice. Ocultar los buques de guerra del sonar es una posible aplicación. Pero Sánchez-Dehesa está interesado en el problema del ruido en general. En principio, dice, es posible hacer esta capa muy delgada, del orden de centímetros. Si pudiéramos diseñar una pared para instalar en una casa para filtrar el ruido externo, sería muy bueno. Cummer imagina columnas para salas de conciertos que realizan trabajos estructurales pero, acústicamente, no están allí.
A diferencia de las capas de luz, que pueden proteger a los objetos de la luz de una sola frecuencia, las capas acústicas deberían poder proteger un objeto en una amplia gama de frecuencias. Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, los escudos de luz solo pueden funcionar en una longitud de onda. Cuando una onda se mueve alrededor de un material [encubridor], tiene que ir más rápido que a través del aire, explica Cummer. Según las leyes de la física, no es posible hacer esto en más de una frecuencia a la vez. Sin embargo, la velocidad del sonido no es una constante universal, por lo que debería ser posible crear capas acústicas de banda ancha.
Según el diseño de Sánchez-Dehesa, los espesores de las capas alternas que componen la pantalla acústica deben controlarse con mucho cuidado. Cummer dice que esto presentará un desafío de ingeniería, pero no insuperable. De hecho, dice Cummer, el diseño de un protector de sonido está dando un gran impulso a los materiales acústicos de ingeniería.