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Primeras superlentes acústicas
En los últimos años, los investigadores han desarrollado varios materiales que desvían la luz de formas que parecen violar las leyes de la física, creando las llamadas superlentes, para imágenes ópticas de ultra alta resolución, así como capas de invisibilidad. Ahora, los investigadores han demostrado que el mismo tipo de imágenes y dispositivos de camuflaje se pueden hacer con sonido en lugar de con luz. Usando el primer metamaterial acústico jamás producido, los investigadores pudieron enfocar ondas de ultrasonido. Esto representa un paso significativo hacia la creación de imágenes de ultrasonido de alta resolución y dispositivos de camuflaje capaces de ocultar las naves del sonar.
Enfocado : Cuando se llena de agua, los orificios de esta placa de aluminio actúan como cavidades resonantes que pueden enfocar las ondas de ultrasonido.
Se pueden fabricar lentes acústicos para enfocar el sonido de la misma manera que la lente de un microscopio enfoca la luz. Pero la capacidad de los físicos para trabajar con ambos tipos de ondas está limitada por efectos de dispersión llamados difracción. Con lentes convencionales, no es posible enfocar ondas de luz u ondas de sonido a un tamaño de punto menor que la mitad de la longitud de onda de la luz. Para sortear estas limitaciones, una lente debe refractarse o, literalmente, doblar la luz hacia atrás. Ningún material natural tiene un índice de refracción negativo, pero algunos materiales cuidadosamente diseñados en el laboratorio, llamados metamateriales, sí lo tienen. Las mismas herramientas que se usan para fabricar materiales que pueden enfocar la luz o las ondas sonoras más allá del límite de difracción, lo que permite obtener imágenes de alta resolución, también se pueden usar para hacer materiales que logren lo contrario, encubriendo un objeto al dirigir la luz o el sonido a su alrededor.
Los teóricos han estado trabajando en materiales que desvían las ondas sonoras durante varios años. Tal metamaterial ha sido construido ahora por Nicolás Fang , profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El dispositivo de enfoque de sonido de su grupo es una matriz de aluminio de cavidades resonantes de cuello estrecho cuyas dimensiones están sintonizadas para interactuar con las ondas de ultrasonido. Las cavidades están llenas de agua. Fang los compara con una variedad de instrumentos de viento, como los tubos de un órgano. Cuando las ondas de ultrasonido se mueven a través de la matriz, las cavidades resuenan para que el sonido se enfoque. Las cavidades trabajan juntas para refractar el sonido, dice Fang.
Este es un gran paso adelante para los metamateriales acústicos, dice Steven Cummer , profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Duke. Cummer participó en el desarrollo del primer dispositivo de ocultación óptica. Es una buena confirmación experimental de que las ideas del electromagnetismo pueden extenderse a la acústica, dice. No fue fácil encontrar una buena manera de hacer esto experimentalmente.
El sistema de ultrasonido, descrito en la revista. Cartas de revisión física , aún no ha superado el límite de difracción. Pero los investigadores esperan que Fang lo supere pronto. Estoy seguro de que no tendremos que esperar mucho, dice John Pendry , profesor de física teórica del estado sólido en el Imperial College de Londres, que diseñó los materiales utilizados por los investigadores de Duke para hacer la primera capa de invisibilidad.
Hay muchas aplicaciones importantes a la espera de un dispositivo de enfoque acústico de sub-longitud de onda exitoso, dice Pendry. Es probable que la primera aplicación de metamateriales acústicos sea en imágenes de ultrasonido clínico de alta resolución, dice Fang. Sin bombear más energía al tejido, puede proporcionar una imagen más nítida. Sin embargo, señala que las aplicaciones están muy lejos. Hemos terminado de enfocar, pero todavía no de tomar imágenes, dice Fang.