Científicos españoles crean una capa 'invisible' al sonido

Una carcasa de plástico simple ha envuelto un objeto tridimensional a partir de ondas de sonido por primera vez. Con algunas mejoras, un manto semejante podría ser utilizado para reducir la contaminación acústica y para que los barcos y submarinos puedan evadir la detección enemiga. Los experimentos aparecen en Physical Review Letters .

“Este artículo implementa una versión simplificada de invisibilidad utilizando un buen diseño, pero materiales relativamente sencillos”, dice Steven Cummer, ingeniero eléctrico de la Universidad de Duke, quien no participó en el estudio. Cummer propuso el concepto de una capa de sonido en 2007.

Los esfuerzos recientes de los científicos para crear objetos invisibles al ojo se basan en el hecho de que nuestra percepción del mundo depende de la dispersión de las ondas. Podemos ver objetos porque las ondas de luz los golpean y los dispersan. Del mismo modo, la Marina puede detectar submarinos lejanos debido a que las ondas de sonido de dispersión (sonar) actúan de modo similar.

Así que para los últimos años los científicos han estado desarrollando capas que impidan la dispersión de la luz u ondas de sonido o de dirección alrededor de un objeto. El inconveniente de este enfoque, sin embargo, es que requiere complejos materiales sintéticos que son difíciles de producir.

José Sánchez-Dehesa, ingeniero eléctrico en el Instituto Politécnico de Valencia en España, y sus colegas han perseguido un método diferente: en lugar de la prevenir que las ondas de sonido golpeen un objeto -en este caso una esfera de plástico de 8 centímetros-  construyeron una capa para eliminar las ondas de dispersión en la estela de la esfera.

Usando algoritmos informáticos, los investigadores dieron con un diseño compuesto por 60 anillos de diferentes tamaños que forman una estructura similar a una jaula alrededor de la esfera. Las simulaciones indican que las ondas de sonido de dispersión fuera de la esfera y de la capa anillada se interfieren entre sí y se anulan. (Cancelación de ruido explota este fenómeno emitiendo ondas de sonido que minimizan los sonidos ambientales en una habitación.)

Debido a que la capa no tenía necesidad de dirigir las ondas sonoras en formas complicadas, Sánchez-Dehesa y su equipo la construyeron de plástico con la ayuda de una impresora 3-D. Colgaron su creación desde el techo de una cámara sin eco, apuntaron un altavoz en su dirección en un rango de frecuencias de sonido. En la mayoría de las frecuencias, la esfera dispersaba una cantidad fácilmente detectable de sonido. Pero a 8,55 kilohercios -un tono audible alto- la esfera envuelta se hizo imperceptible a los sensores.

El estudio marca la primera vez, que científicos han ocultado un objeto tridimensional del sonido. Esa es probablemente música para los oídos de la Oficina de Investigación Naval de los EE.UU, que financió parcialmente el estudio para explorar la posibilidad de la invisibilidad sonar.

Sin embargo, esta capa es sólo un pequeño paso hacia submarinos sigilosos. Tiene que ser diseñados y construidos para cada objeto, y funcionan sólo en un estrecho rango de frecuencias que viene de una dirección. Si la fuente de sonido se había establecido en otro sitio, el manto no habría funcionado. El equipo de Sánchez-Dehesa planea desarrollar capas de banda ancha y multidireccional.

Pero Cummer señala que, incluso un manto limitada puede tener aplicaciones útiles. A modo de ejemplo sugiere que estructuras capaces de manipular una frecuencia de sonido específico de una dirección podrían ayudar a minimizar la contaminación acústica de una autopista congestionada. ”La capa lo hace muy bien, con una estructura muy simple”, sentencia.

Autor: Andrew Grant