Crean un super material que se deforma con las ondas sonoras

Científicos británicos han creado un material que se deforma por las ondas sonoras que lo atraviesan. Este nuevo material sobrepasa los límites de los metamateriales actuales, que actúan especialmente en los campos de la óptica y el electromagnetismo.

Los metamateriales son materiales artificiales que tienen  propiedades electromagnéticas inusuales, superiores a los materiales naturales. Dan buenos resultados cuando se usan para manipular la luz con la finalidad de crear una capa de invisibilidad, como ocurre en las películas de Harry Potter.

Las investigaciones actuales en este campo se orientan al diseño de nuevos materiales capaces de tener un índice de refracción ajustable, o a  la creación de "superlentes" que mejoren la calidad de las imágenes para el diagnóstico médico y otros usos.

Ahora, un equipo de las universidades de Sussex y de Bristol ha abierto una nueva línea de investigación con metamateriales que, en vez de trabajar con la óptica o el electromagnetismo, lo hace con el sonido. Han desarrollado metasuperficies cuánticas, entendiendo como tales pequeñas unidades tridimensionales, a los que llaman ladrillos de metamateriales, capaz cada uno de ellos de codificar un retraso de fase específico.

De esta forma, este equipo ha demostrado que, de la misma forma que con la luz, también se pueden usar las ondas sonoras para la obtención de imágenes médicas o para ser usadas en los equipos de audio personales, ya que podrían crearse proyectores de audio (equivalentes a los proyectores de luz) hápticos y ultrasónicos. Un artículo publicado en Nature Communitions explica de manera sencilla cómo crear estos metamateriales acústicos.

Los investigadores construido una caja de metamaterial compuesta de pequeños ladrillos, ensamblados en esa especie de caja para obtener una meta-superficie, que es la que tendría por ejemplo aplicaciones médicas.  

El espacio que acoge a los ladrillos en esta especie de caja actúa para ralentizar el sonido, posibilitando que las ondas sonoras que entran por una de sus caras puedan salir por la otra cara transformadas, y ser orientadas a voluntad hacia cualquier campo acústico.

Numerosas aplicaciones

Las aplicaciones de este nuevo metamaterial son numerosas, por ejemplo para concentrar el sonido en un lugar determinado, consiguiendo así una especie de proyector de audio. También podría usarse para concentrar ultrasonidos en los tratamientos médicos y destruir así tumores en el cuerpo humano, sin necesidad de intervención quirúrgica. En este caso, el metamaterial podría adaptarse específicamente a cada cuerpo de un paciente y concentrar los sonidos en las zonas estrictamente necesarias del cuerpo.

Gianluca Memoli, de la Universidad de Sussex, que dirigió el estudio, explica en un comunicado que esos ladrillos de metamaterial pueden obtenerse mediante impresión 3D y usarse para cualquier experiencia acústica. Cualquier resultado se puede conseguir con unos pocos ladrillos de este metamaterial, que puede llevarse como un kit de montaje acústico para que cualquier persona puede usarlo por sí mismo.

Sriram Sriram, de la Universidad de Sussex, añade que su propósito era crear aparatos acústicos que puedan manipularse con la misma facilitad que una pantalla de cristal líquido (LCD) y los proyectores de luz. Nuestra investigación, añade, abre la puerta a nuevos aparatos acústicos que podrán ser controlados en tiempo real con muy pocos recursos.

Bruce Drinkwater, de la Universidad de Bristol, explica que la siguiente etapa de sus trabajos consistirá en crear capas de metamateriales que sean configurables dinámicamente. Esto permitirá crear sistemas de imágenes asequibles que podrán usarse para el diagnóstico médico o la detección de grietas en edificios.

Referencia

Metamaterial bricks and quantization of meta-surfaces. Nature Communications 8, Article number: 14608 (2017). doi:10.1038/ncomms14608