Ondas comportam-se de modo diferente dependendo da direção

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2025

Aparato experimental usado para demonstrar a conversão de ondas assimétricas bidirecionais.
[Imagem: Yeongtae Jang et al. - 10.1103/3n97-7kmd]

Conversão bidirecional de ondas

Físicos coreanos demonstraram experimentalmente pela primeira vez um fenômeno ondulatório que muda sua frequência - aumentando ou diminuindo - dependendo da direção de onde as ondas vêm.

Assim como Jano, o deus romano com duas faces voltadas para direções opostas, o sistema apresenta respostas diferentes dependendo da direção da onda incidente - é um fenômeno não linear.

Inúmeras tecnologias atuais dependem da conversão de frequências de ondas. As canetas laser que os professores usam, por exemplo, dobram a frequência da luz infravermelha emitida por um LED, luz que esta que é invisível, para criar luz verde visível; alto-falantes direcionais também convertem frequências, só que ultrassônicas, que não ouvimos, em sons audíveis.

Esses processos normalmente utilizam efeitos não lineares nos quais a resposta do sistema não varia linearmente com a intensidade de entrada. No entanto, essa conversão de frequência tradicionalmente requer estruturas complexas, direções de propagação fixas ou métodos de modulação externa.

Assim, a demonstração experimental desse fenômeno de conversão de frequência assimétrica bidirecional abre novos horizontes para uma infinidade de tecnologias, das imagens de ultrassom médico até o controle avançado de ruídos.

Conversão de frequência assimétrica bidirecional.
[Imagem: Yeongtae Jang et al. - 10.1103/3n97-7kmd]

Demonstração acústica

Yeongtae Jang e seus colegas da Universidade de Ciência de Tecnologia de Pohang projetaram a estrutura para que ela trabalhe com ondas sonoras - é uma estrutura fonônica, que manipula fônons, as quasipartículas de vibração responsáveis pela condução do som e do calor.

O dispositivo é composto por elementos cilíndricos interconectados, mas com rigidez localmente variável. Essa estrutura surpreendentemente simples permite que o sistema apresente respostas completamente diferentes dependendo da direção de propagação da onda.

A maior parte das ondas fracas é bloqueada. No entanto, quando a intensidade da onda incidente aumenta, ocorre uma conversão de frequência assimétrica: Ondas que entram por um lado são convertidas para frequências mais altas, produzindo sons mais agudos, enquanto aquelas que entram pelo lado oposto são convertidas para frequências mais baixas, produzindo tons mais graves. É como se a mesma porta emitisse sons diferentes dependendo se alguém se aproxima dela pela frente ou por trás.

O fenômeno demonstrado com ondas de som terá amplas aplicações também em outros tipos de ondas.
[Imagem: POSTECH]

Amplos usos

Combinando efeitos não lineares com assimetria espacial e ressonância local - quando vibrações específicas se amplificam fortemente em certas partes da estrutura - a equipe alcançou uma conversão de frequência bidirecional simultânea dentro de um único sistema. Isso nunca havia sido demonstrado antes em experimentos físicos.

Essa tecnologia apresenta um potencial promissor em diversos campos. Ela pode permitir a supressão seletiva de vibrações de construções ou atividades sísmicas, melhorar a resolução de imagens de ultrassom médico e levar à criação de dispositivos acústicos capazes de detectar sons inaudíveis vindos de direções específicas.

Além disso, a tecnologia oferece novas possibilidades em processamento de sinais analógicos e tecnologias de conversão de frequência de última geração.

"O que havia sido apenas imaginado teoricamente foi agora verificado experimentalmente. Essa tecnologia pode encontrar amplas aplicações em sistemas de processamento de sinais e conversão de frequência de última geração," disseram os pesquisadores.

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