Logran retorcer el sonido con metamateriales

Foto: APPLIED PHYSICS LETTERS.

MADRID, 25 Feb. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo de investigadores chinos y estadounidenses está explorando el uso de metamateriales, materiales artificiales diseñados para tener propiedades exóticas que no se encuentran en la naturaleza, para crear dispositivos que manipulen el sonido de maneras versátiles y sin precedentes.

   En la revista 'Applied Physics Letters', estos expertos informan de un diseño simple de un dispositivo, llamado un rotador de campo acústico, que puede torcer frentes de onda en su interior de manera que parece que están propagándose desde otra dirección.

   "Numerosos esfuerzos de investigación se han centrado en los dispositivos basados en metamateriales con capacidades de control de onda fascinantes como la invisibilidad o la ilusión de capas", señala Jian-chun Cheng, profesor en el Instituto de Acústica en el Departamento de Física de la Universidad de Nanjing, en China. "Un rotador de campo acústico, sin embargo, que se puede considerar un tipo especial de ilusión de capas con la capacidad de hacer que un objeto aparezca como acústicamente girado, aún no existe", añade.

   Se ha demostrado la existencia de rotadores de campo para las ondas electromagnéticas y ondas líquidas y resultan prometedores en sus respectivos ámbitos, pero "otro tipo importante de onda clásica, una onda acústica, es una parte mucho más familiar de nuestra vida cotidiana y podría tener aplicaciones en una variedad de las situaciones", señala Cheng, quien diseñó con sus colegas lo que creen que es el primer modelo de rotador acústico factible y también fabricaron un prototipo para validarlo.

   "Nos sorprendimos al descubrir que mediante el uso de metamateriales, se pueden torcer las ondas acústicas de manera similar a sus homólogas de ondas electromagnéticas o líquidas, por lo que el sonido finalmente se une al club", destaca Cheng. Otra sorpresa fue que los rotadores acústicos y electromagnéticos se pueden diseñar basándose en los mismos principios.

   En este caso, los investigadores utilizaron metamateriales anisotrópicos, que poseen propiedades físicas que difieren a lo largo de diferentes direcciones. "Es mucho más fácil implementar metamateriales acústicos altamente anisotrópicos que electromagnéticos y un rotador acústico puede proporcionar incluso un mejor rendimiento que sus contrapartes [electromagnéticas]", subraya Cheng.

   El equipo espera que su rotador acústico, con capacidad de manipular libremente frentes de onda acústicos, mejore el funcionamiento de dispositivos como máquinas de ultrasonido médicos, que requieren el control preciso de las ondas acústicas. La capacidad de rotar las ondas de sonido podría mejorar el contraste de los dispositivos de ultrasonido y permitirles tomar imágenes de un tejido dañado o diagnosticar enfermedades en formas en las que actualmente no se puede, algo que es significativo ya que los dispositivos de ultrasonido pueden ser más baratos que otras modalidades de imagen y no utilizar radiografías.

   "Hemos inventado el dispositivo de prueba de concepto más simple, que en este punto no puede servir como un dispositivo maduro y práctico, por lo que es digno de mejora y optimización", afirma Cheng. En el futuro, los rotadores acústicos podrían "servir como bloques de construcción útiles para la construcción de estructuras más complejas con ricas funcionalidades de manipulación acústicas si se combinan adecuadamente con otros tipos de componentes", adelanta.