Los investigadores han estado impulsando las capacidades de los materiales al diseñar cuidadosamente estructuras precisas que exhiben propiedades anormales que pueden controlar las ondas acústicas u ópticas. Sin embargo, estos metamateriales se construyen en geometrías fijas, lo que significa que sus habilidades únicas siempre son fijas. Ahora, los nuevos 3El metamaterial impreso en D desarrollado por un equipo dirigido por investigadores de la Universidad del Sur de California se puede cambiar de forma remota entre control activo y estados pasivos.
El Profesor Asistente de la Escuela de Ingeniería de USC Viterbi, Qiming Wang y el estudiante de doctorado Kun-Hao Yu, junto con el Profesor del MIT Nicholas Fang y el Profesor de la Universidad de Missouri Guoliang Huang, han desarrollado metamateriales impresos en 3D capaces de bloquear las ondas sonoras y mecánicasvibraciones. A diferencia de los metamateriales actuales, estos pueden activarse o desactivarse de forma remota mediante un campo magnético. Sus materiales pueden utilizarse para la cancelación de ruido, el control de vibraciones y el encubrimiento sónico, que pueden utilizarse para ocultar objetos de las ondas acústicas.
"Cuando se fabrica una estructura, la geometría no se puede cambiar, lo que significa que la propiedad es fija. La idea aquí es que podemos diseñar algo muy flexible para que pueda cambiarlo usando controles externos", dijo Wang, profesor asistentede ingeniería civil y ambiental.
Los metamateriales se pueden utilizar para manipular fenómenos de onda como el radar, el sonido y la luz y se han utilizado para desarrollar tecnología como dispositivos de ocultación y sistemas de comunicación mejorados. Los metamateriales del equipo pueden controlar los sonidos ambientales y las vibraciones estructurales, que tienen formas de onda similaresAl imprimir en 3D un material deformable que contiene partículas de hierro en una estructura reticular, sus metamateriales se pueden comprimir mediante un campo magnético.
"Puede aplicar una fuerza magnética externa para deformar la estructura y cambiar la arquitectura y la geometría dentro de ella. Una vez que cambia la arquitectura, cambia la propiedad", dijo Wang. "Queríamos lograr este tipo de libertad para cambiarentre estados. Usando campos magnéticos, el interruptor es reversible y muy rápido ".
El campo magnético comprime el material, pero a diferencia de una fuerza de contacto físico como una placa de metal, el material no está limitado. Por lo tanto, cuando una onda acústica o mecánica contacta con el material, lo perturba, generando las propiedades únicas que bloquean las ondas sonorasy vibraciones mecánicas de ciertas frecuencias al pasar.
El mecanismo se basa en las propiedades anormales de sus metamateriales: módulo negativo y densidad negativa. En materiales cotidianos, ambos son positivos.
"El material con un módulo negativo o densidad negativa puede atrapar sonidos o vibraciones dentro de la estructura a través de resonancias locales para que no puedan transferirse a través de él", dijo Yu.
Por lo general, cuando empuja un objeto, lo empuja contra usted. Por el contrario, los objetos con un módulo negativo lo atraen y lo atraen hacia usted mientras empuja. Los objetos que exhiben una densidad negativa funcionan de manera igualmente contradictoria.empuja estos objetos lejos de ti, en su lugar se mueven hacia ti.
Una propiedad negativa, ya sea módulo negativo o densidad negativa, puede funcionar de forma independiente para bloquear el ruido y detener las vibraciones dentro de ciertos regímenes de frecuencia. Sin embargo, al trabajar juntos, el ruido o la vibración pueden pasar nuevamente. El equipo puede mantener un control versátilsobre el metamaterial, cambiando entre doble positivo paso de sonido, negativo simple bloqueo de sonido y doble negativo paso de sonido simplemente cambiando el campo magnético.
"Esta es la primera vez que los investigadores han demostrado un cambio reversible entre estas tres fases utilizando estímulos remotos", dijo Wang.
Direcciones futuras
Wang cree que pueden demostrar otra propiedad única llamada refracción negativa, en la cual una onda atraviesa el material y regresa en un ángulo antinatural, que según Wang es "antifísica". Planean estudiareste fenómeno aún más una vez que puedan fabricar estructuras más grandes.
"Queremos reducir o ampliar nuestro sistema de fabricación", dijo Wang. "Esto nos daría más oportunidades de trabajar en un rango más amplio de longitudes de onda".
Con su sistema actual, solo pueden imprimir material en 3-D con un diámetro de haz entre un micrón y un milímetro. Pero el tamaño importa. Los haces más pequeños controlarían las ondas de frecuencia más alta, y los haces más grandes afectarían las ondas de frecuencia más baja.
"De hecho, hay una serie de posibles aplicaciones para controlar de forma inteligente la acústica y las vibraciones", dijo Yu. "Los materiales de ingeniería tradicionales solo pueden proteger de la acústica y las vibraciones, pero pocos de ellos pueden alternar entre encendido y apagado".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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