Ondas de som são paradas, revertidas e até armazenadas para uso posterior

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/05/2021

Os metamateriais, que ficaram famosos por causa dos mantos de invisibilidade, agora podem processar informações usando som.
[Imagem: CC0 Public Domain]

Manipulando sons

Embora só recentemente os cientistas tenham descoberto a velocidade máxima do som, as ondas sonoras têm sido exploradas para levitar materiais, otimizar a impressão 3D e até para fazer hologramas acústicos.

E esta lista de aplicações tecnológicas deverá aumentar muito, graças ao trabalho de Pragalv Karki e Jayson Paulose, da Universidade do Oregon, nos EUA.

A dupla criou um projeto de metamaterial, feito com filmes finos, no qual as ondas de som podem ser paradas, enviadas de marcha-a-ré e até armazenadas para uso futuro.

Eles já construíram um modelo simples, usando molas e pesos para demonstrar que o projeto funciona na prática.

"Têm sido fabricados muitos mecanismos capazes de guiar ou bloquear a transmissão de ondas sonoras através de um metamaterial, mas nosso design é o primeiro a parar e reverter dinamicamente um pulso de som," garante Karki. De fato, escudos acústicos, camuflagens sônicas para submarinos e vários outros experimentos recentes têm demonstrado como rebater ondas sonoras exatamente para onde você quer.

Metamaterial sônico

O mecanismo de manipulação das ondas sonoras se fundamenta na interação entre a rigidez à flexão e a tensão global do material, dois parâmetros físicos que governam a transmissão do som em placas finas.

Embora a rigidez à flexão seja uma propriedade intrínseca do material usado na construção, a tensão global é um parâmetro controlável externamente.

"Se você joga uma pedra em um lago, você vê as ondulações," ilustra Karki. "Mas, e se você jogasse a pedra e, em vez de ver as ondulações se propagando para fora, você visse apenas o deslocamento da água subindo e descendo no ponto de impacto? Isso é semelhante ao que acontece em nosso sistema."

E é também similar ao que já está sendo feito há algum tempo com ondas de luz - os metamateriais ganharam espaço ao se demonstrar a possibilidade de que eles apresentem índices de refração negativa, por exemplo.

Mas os metamateriais acústicos até agora tipicamente eram estáticos, apresentando sempre o mesmo comportamento depois de prontos. Isso agora mudou, com o que os pesquisadores chamam de "ajuste dinâmico de dispersão". "No nosso caso, a sintonia vem da capacidade de mudar a tensão das membranas, semelhantes a tambores, em tempo real," disse Karki.

"Nosso projeto poderia ser construído em microescala com grafeno e em grandes escalas usando folhas de membrana semelhantes a tambores."
[Imagem: Karki/Paulose - 10.1103/PhysRevApplied.15.034083]

Processamento sônico de informações

Embora o primeiro protótipo ainda seja bastante rudimentar, a equipe afirma que seus cálculos permitirão a construção rápida de versões aprimoradas que poderão ter uma diversidade de usos, incluindo processamento e computação baseados em sinais acústicos.

Uma das ideias envolve fabricar metamateriais acústicos baseados em grafeno, o que poderá viabilizar coisas como computação baseada em ondas, transistores e dispositivos lógicos micromecânicos, guias de ondas e sensores ultrassensíveis.

"Nosso projeto poderia ser construído em microescala com grafeno e em grandes escalas usando folhas de membrana semelhantes a tambores," detalhou Karki. "Você atinge a cadeia de tambores, criando um padrão particular de som que se move em uma direção, mas, ajustando a tensão dos tambores, podemos parar o som e armazená-lo para uso futuro. Ele pode ser revertido ou manipulado em qualquer número de outros padrões."

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