Manipular luz y sonido mediante materiales flexibles

Ciertos materiales flexibles, estructurados en capas y con arrugas nanométricas, podrían brindar un nuevo modo de controlar la longitud y distribución de ondas, sean sonoras o luminosas. A la postre, esto podría encontrar aplicaciones que van desde métodos no destructivos de poner a prueba materiales, hasta cancelación de ruido, y también podría proporcionar nuevos y reveladores datos sobre estructuras biológicas blandas y posiblemente conducir a nuevas herramientas de diagnóstico.

Aunque ya se sabe que las propiedades de los materiales afectan a la propagación de la luz y del sonido, en la mayoría de los casos estas propiedades son fijas y difíciles de modificar una vez que el material ha sido creado. Sin embargo, en estos materiales estructurados en capas, cambiar las propiedades (por ejemplo, "ajustar" un material para que filtre colores específicos de la luz) puede ser tan simple como estirar un material flexible.
Éste es el enfoque de diseño que ha adoptado el equipo de Stephan Rudykh del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en la ciudad estadounidense de Cambridge, y Mary Boyce, ahora en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York.
Estos científicos han comprobado que dichos efectos en sus nuevos materiales son altamente ajustables, reversibles y controlables. Por ejemplo, se puede cambiar el color del material, e incluso sería factible hacer que fuera óptica o acústicamente invisible.
En el par de imágenes de arriba, casi no son afectadas las ondas sonoras -bandas azules y amarillas- que atraviesan un material con superficie plana y estructurado en capas. En las imágenes de abajo, cuando el sonido atraviesa un material estructurado en capas y con arrugas especiales, ciertas frecuencias de sonido son bloqueadas y filtradas por el material. (Imagen: Felice Frankel)
Es posible fabricar estos materiales mediante un proceso de deposición capa a capa, que puede ser controlado con alta precisión. El proceso permite controlar el grosor de cada capa hasta en una fracción de una longitud de onda de luz. El material luego es comprimido, creando en su interior una serie de arrugas precisas cuya distancia de separación puede causar la dispersión en las frecuencias seleccionadas de las ondas (sean sonoras o luminosas).
Diseñando esa microestructura de forma que se obtenga el conjunto deseado de efectos, y luego alterando esas propiedades al deformar el material, es posible controlar estos efectos mediante estímulos externos.
Muchas son las aplicaciones potenciales de esta nueva tecnología.
La más obvia es la "invisibilidad acústica", una forma avanzada de cancelación de ruido con la que se podrían bloquear completamente sonidos provenientes de cierto volumen del espacio, en vez de un solo punto, como en los actuales auriculares para cancelación de ruido.
Otro campo de aplicación estaría en la propagación de los ultrasonidos a través de tejidos biológicos. Las técnicas de diagnosis por escaneo ultrasónico han avanzado mucho en los últimos años, pero aún carecen de la suficiente resolución para reemplazar a métodos de diagnóstico más invasivos y aparatosos. La vía abierta con la nueva tecnología podría conducir a un control más preciso de estas ondas de ultrasonido, y por tanto a sistemas con mejor resolución.
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