Materiais Avançados

Tornando materiais opacos totalmente transparentes

Tornando materiais opacos totalmente transparentes
As ondas sonoras podem ser "recuperadas" em múltiplos estágios. [Imagem: Jamanin Caillet/EPFL]

Transparente às ondas

Pesquisadores suíços descobriram uma maneira de tornar os materiais normalmente opacos às ondas sonoras completamente transparentes acusticamente. E o mesmo poderá ser feito com ondas eletromagnéticas, incluindo a luz.

O sistema envolve a colocação de relés acústicos em locais estratégicos para que as ondas sonoras possam se propagar em uma amplitude constante - independentemente do que possa estar em seu caminho.

A maioria dos materiais naturais tem uma estrutura atômica desordenada que interfere na propagação tanto das ondas sonoras quanto das ondas eletromagnéticas. Quando as ondas entram em contato com esses materiais, elas se dispersam e sua energia se dissipa de acordo com um padrão de interferência altamente complexo, diminuindo de intensidade.

Isso significa que é praticamente impossível transmitir dados ou energia com total eficiência através desses meios, o que reduz o potencial das tecnologias. É por esse problema que os sinais de Wi-Fi degradam-se entre cômodos de uma casa ou que a geolocalização do seu celular não funciona tão bem em ambientes internos.

Mas há outras aplicações potenciais para a solução desse problema, como imagens biomédicas e levantamentos geológicos, onde é importante poder enviar ondas através de meios altamente desordenados, como nossos corpos ou rochas. Ocultar objetos como submarinos é outra ideia.

Tornando materiais opacos totalmente transparentes
Este longo tubo está repleto dos mais diversos materiais e obstáculos para testar a eficiência da técnica - o som que entra de um lado sai perfeito do outro. [Imagem: Alain Herzog/EPFL]

Usando alto-falantes para eliminar obstáculos

Etienne Rivet e seus colegas usaram pequenos alto-falantes, controlados individualmente, para amplificar, atenuar ou mudar a fase das ondas sonoras. Isso permite que eles compensem a difusão resultante quando as ondas atingem obstáculos e, assim, reproduzam exatamente o som original do outro lado do meio desordenado.

"Até agora, só precisávamos atenuar as ondas sonoras [para lidar com sistemas antirruído]. Mas aqui tínhamos que desenvolver um novo mecanismo de controle para que pudéssemos amplificá-las, da mesma forma que já podemos amplificar as ondas ópticas com lasers," descreveu Rivet, da Escola Politécnica Federal de Lausanne.

Seu novo método - o único desse tipo em acústica - utiliza circuitos programáveis para controlar os alto-falantes simultaneamente e em tempo real. Isso é semelhante à tecnologia usada nos fones de ouvido com cancelamento de ruído, mas funciona tanto para sons que contêm frequências ambientais comuns, como para ultrassons ou mesmo sonar.

Além disso, a teoria que embasa o trabalho é universal e poderá ter aplicações em óptica ou em radiofrequências, para tornar objetos invisíveis ou para capturar imagens através de materiais opacos.

Bibliografia:

Constant-pressure sound waves in non-Hermitian disordered media
Etienne Rivet, Andre Brandstötter, Konstantinos G. Makris, Hervé Lissek, Stefan Rotter, Romain Fleury
Nature Physics
Vol.: 6, e17035
DOI: 10.1038/s41567-018-0188-7

Wave propagation through disordered media without backscattering and intensity variations
Konstantinos G. Makris, Andre Brandstötter, Philipp Ambichl, Ziad H. Musslimani, Stefan Rotter
Light Science & Applications
DOI: 10.1038/lsa.2017.35
https://arxiv.org/abs/1612.03070

Room modal equalisation with electroacoustic absorbers
Etienne Rivet
Vol.: Ph.D. thesis No. 7166
https://infoscience.epfl.ch/record/222866/




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