Un “metamaterial” capaz de bloquear el sonido

Investigadores de la Universidad de Boston, Xin Zhang, profesor de la Facultad de Ingeniería, y Reza Ghaffarivardavagh, estudiante en el Departamento de Ingeniería Mecánica, publicaron un artículo en Physical Review B que demuestra que es posible silenciar el ruido utilizando una estructura abierta, en forma de anillo, creada con especificaciones matemáticamente perfectas, para recortar los sonidos mientras se mantiene el flujo de aire.

Ghaffarivardavagh y Zhang dejaron las matemáticas, una pasión compartida que ha impulsado sus carreras de ingeniería y se han convertido en socios de investigación, guiando su idoneidad hacia un diseño viable para el aspecto de este metamaterial acústico.

Ellos calcularon las dimensiones y especificaciones que el metamaterial debería tener para interferir con las ondas de sonido transmitidas, evitando que el sonido, pero no asi el aire y la luz, se irradie a través de la estructura abierta. La premisa básica es que el metamaterial debe configurarse de tal manera que envíe los sonidos entrantes de regreso a donde vinieron.

Como prueba, decidieron crear una estructura que pudiera silenciar el sonido de un altavoz. Basados en sus cálculos, modelaron las dimensiones físicas que silenciarían más efectivamente los ruidos. Dando vida a esos modelos, utilizaron la impresión 3D para materializar una estructura abierta de plástico que cancela el ruido. Al probarlo en el laboratorio, los investigadores sellaron el altavoz en un extremo de una tubería de PVC. En el otro extremo, el metamaterial acústico hecho a medida se fijó en la abertura. Con solo presionar el botón de reproducción, la configuración experimental de los altavoces cobró una vida muy tranquila en el laboratorio. De pie en la habitación, basándose en su sentido del oído solo, nunca sabría que el altavoz emitía una nota de tono irritante. Sin embargo, si se miraba en el tubo de PVC, se veian los subwoofers del altavoz a toda velocidad.

El metamaterial, que rodeaba el perímetro interno de la boca de la tubería, funcionó como un botón de silencio encarnado, hasta el momento en que Ghaffarivardavagh se agachó y lo liberó. El laboratorio repentinamente se hizo eco de la melodía del altavoz.

Al comparar los niveles de sonido con y sin el metamaterial fijado en el lugar, el equipo descubrió que podían silenciar casi todo (94 % para ser exactos) del ruido, haciendo que los sonidos que emanan del altavoz sean imperceptibles para el oído humano.

La forma de los metamateriales de silenciamiento acústico, según su método, también son completamente personalizables, dice Ghaffarivardavagh. La parte exterior no necesita ser con forma de anillo redondo para funcionar. Se puede diseñar la forma exterior como un cubo o hexágono, o lo que sea necesario. Cuando se quiera crear un muro, se podrá adoptar una forma hexagonal que encajará como una estructura de panal al aire libre.

Zhang dice que las posibilidades son infinitas, ya que el método de mitigación del ruido se puede personalizar para adaptarse a casi cualquier entorno: "La idea es que ahora podemos diseñar matemáticamente un objeto que puede bloquear los sonidos de cualquier cosa", asegura.

"Liviana, abierta y hermosa": Con esas palabras describían los investigadores el dispositivo y, aunque lo de 'hermosa' quizás sea exagerado, las aplicaciones pueden ser muy interesantes. Sobre todo, en construcción porque, al menos a nivel teórico, "cada pieza se puede usar como una loseta o ladrillo para ampliar y construir una pared permeable con cancelación de sonido".