Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Duke han desarrollado un metamaterial hecho de papel y aluminio que puede manipular las ondas acústicas a más del doble de la resolución de las imágenes acústicas, enfocar las ondas acústicas y controlar los ángulos en los que el sonido pasa a través del metamaterialLas herramientas de imagen acústica se utilizan tanto en diagnósticos médicos como en pruebas de la integridad estructural de todo, desde aviones hasta puentes.
"Este metamaterial es algo que sabemos que es teóricamente posible, pero nadie lo había hecho antes", dice Yun Jing, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo.
Los metamateriales son simplemente materiales que han sido diseñados para exhibir propiedades que no se encuentran en la naturaleza. En este caso, el diseño estructural del metamaterial le otorga cualidades que lo convierten en un metamaterial "hiperbólico". Esto significa que interactúa con las ondas acústicas.de dos maneras diferentes: desde una dirección, el metamaterial exhibe una densidad positiva e interactúa normalmente con las ondas acústicas, al igual que el aire. Pero desde una dirección perpendicular, el metamaterial exhibe una densidad negativa en términos de cómo interactúa con el sonido.hace que las ondas acústicas se doblen en ángulos que son exactamente lo contrario de lo que la física básica le diría que esperara.
El efecto práctico de esto es que el metamaterial tiene algunas aplicaciones muy útiles.
Por un lado, el metamaterial se puede usar para mejorar la imagen acústica. Tradicionalmente, la imagen acústica no podía lograr una resolución de imagen que fuera menor que la mitad de la longitud de onda de un sonido. Por ejemplo, una onda acústica de 100 kilohercios kHz, que viaja a través deaire, tiene una longitud de onda de 3,4 milímetros mm, por lo que no pudo alcanzar una resolución de imagen menor a 1,7 mm.
"Pero nuestro metamaterial mejora en eso", dice Chen Shen, un estudiante de doctorado en NC State y autor principal del artículo. "Al colocar el metamaterial entre el dispositivo de imágenes y el objeto que se está fotografiando, pudimosmás del doble de la resolución de la imagen acústica: de la mitad de la longitud de onda del sonido a más de un quinto ".
El metamaterial también puede enfocar ondas acústicas, lo que lo convierte en una herramienta flexible.
"El personal médico y los ingenieros estructurales a veces necesitan enfocar el sonido con fines de imagen o terapéuticos", dice Jing. "Nuestro metamaterial puede hacer eso, o puede usarse para mejorar la resolución. Hay pocas herramientas disponibles que puedan hacer ambas cosas."
Por último, el metamaterial brinda a los investigadores más control sobre el ángulo en el que las ondas acústicas pueden atravesarlo.
"Por ejemplo, el metamaterial podría diseñarse para bloquear el sonido desde la mayoría de los ángulos, dejando solo una pequeña abertura para que el sonido pase, lo que podría ser útil para los micrófonos", dice Shen. "O podría dejarlo abierto de par en par -es extremadamente flexible "
En este momento, el prototipo de metamaterial mide aproximadamente 30 centímetros cuadrados y es efectivo para sonidos entre 1 y 2.5 kHz.
"Nuestros próximos pasos son hacer que la estructura sea mucho más pequeña y hacerla funcionar a frecuencias más altas", dice Jing.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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