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Materiais Avançados

Metamaterial focaliza ondas de som como a lente de uma câmera

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/08/2012

Metamaterial acústico focaliza ondas de som como a lente de uma câmera
O metamaterial pode expandir ou encolher o feixe de ondas acústicas com um perda de energia e distorção da onda mínimas.
[Imagem: Sz-Chin Steven Lin/Penn Stat]

Engenheiros projetaram um novo tipo de material artificial - um metamaterial - capaz de manipular uma ampla gama de ondas acústicas usando um único dispositivo muito simples.

O feito mereceu a capa da renomada revista Journal of Applied Physics.

A invenção irá beneficiar quase todas as aplicações sônicas e ultra-sônicas atuais, tais como exames médicos de ultra-som e testes ultra-sônicos não destrutivos.

Metamateriais sônicos

Metamateriais ópticos têm sido amplamente estudados para aplicações como mantos da invisibilidade e lentes perfeitas.

Embora ondas acústicas e ondas eletromagnéticas sejam muito diferentes, os princípios básicos dos metamateriais ópticos aplicam-se aos metamateriais acústicos.

As estruturas artificiais, conhecidas como metamateriais, são criadas em padrões que curvam a onda acústica, direcionando-a para um ponto único.

Em seguida, a onda acústica é reorientada para formar um feixe que pode ser mais largo ou mais estreito, dependendo da direção de deslocamento.

Metamaterial acústico focaliza ondas de som como a lente de uma câmera
Esquema do modificador de abertura sônico, formado por pinos de aço incorporados em uma matriz de epóxi.
[Imagem: Sz-Chin Steven Lin et al./JAPL]

O dispositivo - tecnicamente um modificador de abertura acústico - foi construído com cristais fonônicos com índice de refração variável, um nome pomposo para uma matriz de pinos de aço incorporados em epóxi, segundo um padrão cuidadosamente calculado.

Os obstáculos - os pinos de aço - diminuem a velocidade da onda acústica, fazendo-a compor feixes curvos.

Terapias ultra-sônicas

Segundo Sz-Chin Steven Lin, idealizador do novo dispositivo, embora outros tipos de metamateriais acústicos também possam concentrar ou desfocar um feixe acústico, o novo aparelho possui a vantagem de ser pequeno e ter uma elevada conservação de energia.

Hoje, cientistas e médicos precisam de vários transdutores de tamanhos diferentes para produzir ondas acústicas com aberturas diferentes.

É algo parecido a ter que trocar as lentes de uma câmera para mudar a abertura da lente.

Com este novo metamaterial acústico, a abertura desejada poderá ser facilmente obtida apenas alterando o modificador de abertura acústico ligado ao transdutor.

O dispositivo também deverá permitir o desenvolvimento de novas terapias ultra-sônicas de alta intensidade mais precisas e mais eficientes.

Essa técnica não-invasiva de calor pode ser usada no combate a uma variedade de cânceres e doenças neurológicas.

Bibliografia:

Artigo: Design of acoustic beam aperture modifier using gradient-index phononic crystals
Autores: Sz-Chin Steven Lin, Bernhard R. Tittmann, Tony Jun Huang
Revista: The Journal of Applied Physics
Vol.: 111 (12): 123510
DOI: 10.1063/1.4729803






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