Los investigadores de Columbia Engineering, que trabajan con colegas de Disney Research y MIT, han desarrollado un nuevo método para controlar las ondas sonoras, utilizando un enfoque computacional para diseñar inversamente filtros acústicos que pueden caber dentro de una forma 3D arbitraria mientras se logran las propiedades de filtrado de sonido objetivo.Por el profesor de Ciencias de la Computación Changxi Zheng, el equipo diseñó voxels acústicos, cámaras pequeñas, huecas, en forma de cubo a través de las cuales el sonido entra y sale, como un sistema modular. Al igual que Legos, los voxels se pueden conectar para formar una estructura compleja infinitamente ajustable.Debido a sus cámaras internas, pueden modificar la propiedad de filtrado acústico de la estructura; cambiar su número y tamaño o cómo se conectan altera el resultado acústico.
"En el pasado, las personas han explorado el diseño computacional de productos específicos, como un cierto tipo de silenciador o una forma particular de trompeta", dice Zheng, cuyo equipo presenta su artículo, "Voxels acústicos: optimización computacional de filtros acústicos modulares", "en SIGGRAPH 2016 el 27 de julio." El enfoque general para manipular las ondas de sonido ha sido diseñar computacionalmente formas de cámara. Nuestro algoritmo permite nuevos diseños de silenciadores de ruido, audífonos, instrumentos de viento y más, ahora podemos hacerloscualquier forma que queramos, incluso un hipopótamo de juguete impreso en 3D que suena como una trompeta ".
Añade, "También hemos propuesto una nueva forma muy intrigante de usar filtros acústicos: podemos usar nuestros vóxeles acústicos como etiquetas acústicas, únicas para cada pieza que imprimimos en 3D, y codificar información en ellas. Esto es similar a los códigos QRo RFID, y abre la puerta a la codificación de información de productos y derechos de autor en impresión 3D "
El año pasado, el equipo de Zheng usó métodos computacionales para diseñar e imprimir en 3D un zoolófono, un instrumento de tipo xilófono con teclas en forma de animales de zoológico. El zoolófono representó una investigación fundamental en el control del sonido vibratorio, aprovechando las complejas relaciones entre un objetogeometría y los sonidos vibratorios de la superficie que produce cuando se golpea.
En este nuevo estudio, el equipo de Zheng ideó un enfoque computacional que permitiría un mejor diseño para manipular la propagación acústica de muchos productos, como silenciadores e instrumentos de automóviles.
"Con las impresoras 3D de hoy, la complejidad geométrica ya no es una barrera. Incluso las formas complejas se pueden fabricar con muy poco esfuerzo", señala Zheng. "Entonces la pregunta es: ¿podemos usar formas complejas para mejorar las propiedades acústicas de los productos?"
Propusieron usar voxels acústicos, formas de filtro acústico modulares individuales, cuyo comportamiento de filtrado acústico puede calcularse previamente mediante simulación numérica. Desarrollaron un nuevo algoritmo que les permitió ensamblar los voxels acústicos, como los ladrillos de Lego, en estructuras complejas paraproducir las propiedades de filtrado acústico específicas.
La creación de vóxeles acústicos también ha llevado al equipo de Zheng en una dirección completamente nueva: etiquetado acústico para identificar de forma exclusiva un objeto impreso en 3D y codificación acústica para implantar información como un copyright en la misma forma de un objeto. Los filtros acústicos funcionan manipulandoondas sonoras; los vóxeles acústicos le han dado al equipo una forma de controlar exactamente esa manipulación. Un conjunto de vóxeles único produce una firma acústica única. Dos objetos pueden tener exactamente la misma apariencia exterior, pero si sus interiores huecos contienen diferentes conjuntos de vóxeles, cada objeto,Al filtrar una onda de sonido, se produce un sonido único para ese objeto. Los investigadores grabaron el sonido producido por objetos con diferentes conjuntos de vóxel y utilizaron una aplicación de iPhone que crearon para identificar con precisión cada objeto.
El etiquetado acústico podría ser un complemento valioso para los códigos QR y las etiquetas RFID, los cuales implican operaciones completamente independientes de la fabricación. Si los fabricantes pueden construir información de identificación directamente en el objeto, ahorrarán el tiempo, el esfuerzo y los gastos de etiquetado individualpartes, especialmente útiles cuando se construyen estructuras más grandes a partir de muchas piezas separadas. El etiquetado acústico también podría codificar originales con derechos de autor, como figuras impresas en 3D de artistas individuales como Jeff Koons o compañías como Disney o Marvel.
El proyecto actual de voxels acústicos de Zheng es para fabricar objetos de gran tamaño que producen sonidos audibles, y su equipo ha podido demostrar cómo la información y la identificación pueden integrarse en la acústica de un objeto, sin necesidad de procedimientos adicionales o mano de obra después de la fabricación. Están buscandoantes de saber cómo podrían usar vóxeles acústicos para controlar computacionalmente las ondas de ultrasonido. Zheng dice: "Estamos investigando algunas de las posibilidades intrigantes de la manipulación ultrasónica, como el encubrimiento, donde la propagación del sonido puede distorsionarse para ocultar objetos de las ondas de sonido. Esto podría conducir aa nuevos diseños de sistemas de sonar o sistemas de comunicación subacuáticos. Es un área emocionante para explorar ".
VIDEO: http://www.cs.columbia.edu/cg/lego/
El trabajo fue financiado en parte por la National Science Foundation y Adobe.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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