211service.com
Los materiales flexibles podrían proporcionar formas de manipular el sonido y la luz
Los materiales flexibles en capas texturizados con arrugas a nanoescala podrían proporcionar una nueva forma de controlar las longitudes de onda y la distribución de las ondas, ya sean de sonido o de luz. El nuevo método, desarrollado por investigadores del MIT, podría eventualmente encontrar aplicaciones desde pruebas no destructivas de materiales hasta supresión de sonido, y también podría proporcionar nuevos conocimientos sobre sistemas biológicos blandos y posiblemente conducir a nuevas herramientas de diagnóstico.
Los hallazgos se describen en un artículo publicado esta semana en la revista P Cartas de Revisión Hísicas , escrito por el postdoctorado del MIT Stephan Rudykh y Mary Boyce, ex profesora de ingeniería mecánica en el MIT que ahora es decana de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Fundación Fu en la Universidad de Columbia.
En el par de imágenes superior, las ondas sonoras (bandas azul y amarilla) que pasan a través de un material en capas planas se ven afectadas solo mínimamente. En las imágenes inferiores, cuando el sonido atraviesa un material en capas arrugado, el material bloquea y filtra ciertas frecuencias de sonido. Foto cortesía de Felice Frankel
Si bien se sabe que las propiedades de los materiales afectan la propagación de la luz y el sonido, en la mayoría de los casos estas propiedades se fijan cuando se fabrica o se cultiva el material y son difíciles de alterar posteriormente. Pero en estos materiales en capas, cambiar las propiedades, por ejemplo, ajustar un material para filtrar colores específicos de luz, puede ser tan simple como estirar el material flexible.
Estos efectos son altamente ajustables, reversibles y controlables, dice Rudykh. Por ejemplo, podríamos cambiar el color del material o potencialmente hacerlo invisible óptica o acústicamente.
Los materiales se pueden fabricar mediante un proceso de deposición capa por capa, refinado por investigadores del MIT y en otros lugares, que se puede controlar con alta precisión. El proceso permite determinar el grosor de cada capa dentro de una fracción de la longitud de onda de la luz. Luego, el material se comprime, creando dentro de él una serie de arrugas precisas cuyo espaciado puede causar la dispersión de frecuencias seleccionadas de ondas (ya sea de sonido o de luz).
Sorprendentemente, dice Rudykh, estos efectos funcionan incluso en materiales donde las capas alternas tienen densidades casi idénticas. Podemos usar polímeros con densidades muy similares y aún así obtener el efecto, dice. Cómo se propagan las ondas a través de un material, o no, depende de la microestructura, y podemos controlarla, dice.
Al diseñar esa microestructura para producir un conjunto deseado de efectos y luego alterar esas propiedades deformando el material, podemos controlar estos efectos a través de estímulos externos, dice Rudykh. Puede diseñar un material que se arrugue a una longitud de onda y amplitud diferentes. Si sabe que desea controlar un rango particular de frecuencias, puede diseñarlo de esa manera.
La investigación, que se basa en modelos informáticos, también podría proporcionar información sobre las propiedades de los materiales biológicos naturales, dice Rudykh. Comprender cómo se propagan las ondas a través de los tejidos biológicos podría ser útil para las técnicas de diagnóstico, dice.
Por ejemplo, las técnicas de diagnóstico actuales para ciertos cánceres implican procedimientos dolorosos e invasivos. En principio, el ultrasonido podría proporcionar la misma información de forma no invasiva, pero los sistemas de ultrasonido actuales carecen de resolución suficiente. El nuevo trabajo con materiales arrugados podría conducir a un control más preciso de estas ondas de ultrasonido y, por lo tanto, a sistemas con mejor resolución, dice Rudykh.
El sistema también podría usarse para el camuflaje de sonido, una forma avanzada de cancelación de ruido en la que los sonidos externos podrían bloquearse por completo desde un cierto volumen de espacio en lugar de un solo punto, como en los auriculares con cancelación de ruido actuales.
La microestructura con la que comenzamos es muy simple, dice Rudykh, y se basa en una fabricación bien establecida, capa por capa. A partir de este material en capas, podemos extendernos a microestructuras más complicadas y obtener efectos que nunca podría obtener con materiales convencionales. En última instancia, dichos sistemas podrían usarse para controlar una variedad de efectos en la propagación de la luz, el sonido e incluso el calor.
George Fytas, profesor de ciencia de materiales y jefe del grupo de polímeros en la Universidad de Creta, Grecia, dice que esta es una idea muy novedosa, porque induce una brecha fónica direccional que no existe en la estructura en capas. Agrega que este hallazgo muestra cómo las herramientas teóricas bien establecidas pueden predecir el comportamiento de nuevos materiales, lo que es un desafío para los experimentadores.
La tecnología está siendo patentada y los investigadores ya están en conversaciones con empresas sobre una posible comercialización, dice Rudykh.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos a través del Instituto MIT de Nanotecnologías para Soldados.