Los ingenieros de Research Triangle han desarrollado una forma simple y eficiente de la energía para crear hologramas acústicos tridimensionales. La técnica podría revolucionar aplicaciones que van desde sistemas estéreo domésticos hasta dispositivos de ultrasonido médico.
La mayoría de la gente está familiarizada con el concepto de hologramas visuales, que manipulan la luz para que parezca que un objeto tridimensional está sentado en un espacio vacío. Estos trucos ópticos funcionan formando el campo electromagnético para que imite la luz que rebota en unobjeto real.
El sonido también viaja en ondas. Pero en lugar de la energía electromagnética que viaja a través del espacio, el sonido se propaga como ondas de presión que comprimen momentáneamente las moléculas por las que viajan. Y al igual que la luz visible, estas ondas pueden manipularse en patrones tridimensionales.
"Mostramos exactamente el mismo control sobre una onda de sonido que la gente ha logrado previamente con las ondas de luz", dijo Steve Cummer, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Duke. "Es como una pantalla acústica de realidad virtual. Te da unasentido más realista del patrón espacial del campo de sonido "
En un artículo publicado el 14 de octubre en Nature Informes científicos , los investigadores de Duke y la Universidad Estatal de Carolina del Norte muestran que pueden crear cualquier patrón tridimensional que deseen con ondas de sonido. El logro es posible gracias a los metamateriales, materiales sintéticos compuestos de muchas células individuales diseñadas que juntas producen propiedades no naturales..
En este caso, los metamateriales se asemejan a una pared de Legos. Cada bloque individual está hecho de plástico con una impresora 3D y contiene una espiral en su interior. La tensión de la espiral afecta la forma en que el sonido viaja a través de él:bobina, las ondas de sonido más lentas lo atraviesan
Si bien los bloques individuales no pueden influir en la dirección de la onda de sonido, todo el dispositivo sí puede hacerlo. Por ejemplo, si un lado de la onda de sonido se ralentiza pero no el otro, los frentes de onda resultantes se redirigirán para que el sonidoestá inclinado hacia el lado lento.
"Cualquiera puede notar la diferencia entre un solo altavoz estéreo y un cuarteto de cuerda en vivo tocando música detrás de ellos", explicó Yangbo "Abel" Xie, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Cummer. "Parte de la razón es por qué las ondas de sonido llevaninformación espacial, así como notas y volumen "
Al calcular cómo 12 tipos diferentes de bloques de construcción de metamateriales acústicos afectarán la onda de sonido, los investigadores pueden colocarlos en una pared para formar cualquier patrón de onda en el otro lado que deseen. Con suficiente cuidado, las ondas de sonido pueden producir un efecto específicoholograma a una distancia específica.
"Es básicamente como poner una máscara frente a un altavoz", dijo Cummer. "Parece que el sonido proviene de una fuente más complicada de lo que es".
Cummer y Xie, en colaboración con Yun Jing, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State, y Tarry Shen, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Jing, probaron que su máscara de sonido funciona de dos maneras diferentes. En la primera prueba, ellosensambló una pared metamaterial que manipuló una onda de sonido entrante en una forma como la letra "A" a un pie de distancia. En una segunda demostración, mostraron que la técnica puede enfocar las ondas de sonido en varios "puntos calientes" - o puntos fuertes -- de sonido, también a un pie del dispositivo.
Existen tecnologías existentes que también pueden producir este efecto. Los dispositivos de imágenes de ultrasonido modernos, por ejemplo, usan matrices en fase con muchos transductores individuales que pueden producir ondas de sonido controladas con precisión. Pero este enfoque tiene sus inconvenientes.
"Si alguna vez te han hecho un ultrasonido, sabes que hay una pequeña varita conectada a una máquina mucho más grande a unos pocos pies de distancia", dijo Cummer. "No solo esta configuración puede ser engorrosa, sino que consume una enorme cantidad de energía. Nuestro enfoque puede ayudar a producir el mismo efecto en un sistema más barato y más pequeño ".
Sin embargo, para que el dispositivo metamaterial funcione en tales aplicaciones, cada célula debe ser más pequeña que las ondas que está manipulando. Y para las tecnologías de ultrasonido que operan en el rango de megahercios, esto significa que las células individuales deberían ser 100 veces más pequeñas queen los bloques de demostración actuales.
Cummer y Xie están buscando socios de la industria para demostrar que este tipo de fabricación sería posible. También están comprando la idea a industrias que trabajan en el rango de kilohercios, como las tecnologías de detección aérea y de imagen. Y, por supuesto,estamos hablando con compañías de sonido para que un solo altavoz suene más como una orquesta en vivo.
"Actualmente estamos en la fase de exploración, tratando de determinar dónde sería útil esta tecnología", dijo Xie. "Cualquier escenario en el que su objetivo sea controlar el sonido, esta idea podría implementarse. Y podría implementarse para haceralgo totalmente nuevo, o para hacer algo que ya existe mejor, más simple o más barato "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :