La próxima vez que esté en un restaurante, una oficina o el aeropuerto, mire hacia el techo. Es posible que vea paneles circulares en forma de nube, baldosas de espuma acanalada o listones de madera minimalistas o pancartas colgantes que parecen velas, o solo los omnipresentes rectángulos grisáceos de todas las cafeterías de escuelas secundarias en Estados Unidos. Aunque pueden ser estéticamente agradables (o no), estos materiales están diseñados para absorber el sonido y hacer que la habitación sea más silenciosa.
Puede que no nos demos cuenta, pero gran parte de nuestro entorno está construido o diseñado para reducir el ruido del mundo moderno. Las gruesas cortinas ayudan a crear el silencio en las oficinas de abogados de lujo. Las pesadas puertas de entrada de madera evitan el ruido de la calle de las casas.
Ahora, investigadores de la Universidad de Boston han creado un nuevo tipo de material que puede bloquear el sonido mientras permite el flujo de aire. Es lo que se conoce como un "metamaterial", un material que ha sido diseñado para tener propiedades que no se encuentran en la naturaleza. El pequeño patrón helicoidal de plástico dentro de la carcasa en forma de anillo envía las ondas de sonido entrantes de regreso a su origen, bloqueando así el sonido pero no el aire.
"La cuestión de si podemos silenciar las ondas sonoras mientras mantenemos el flujo de aire ha inspirado a la comunidad investigadora durante décadas", dice Xin Zhang, profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston, quien fue co-líder del proyecto y coautor de un artículo sobre el material. publicado recientemente en la revista Physical Review B.
Permitir el flujo de aire es clave para algunos usos potenciales del material. No puedes poner un material silenciador tradicional en un motor a reacción o un dron y aún así permitir que vuele. Pero el nuevo metamaterial impreso en 3D podría utilizarse para reducir el ruido de los aviones, ventiladores y sistemas de climatización sin interferir con el flujo de aire.
El diseño en forma de rosquilla del material es potencialmente "muy útil", dice Kathryn Matlack, profesora de ciencias mecánicas e ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que estudia metamateriales acústicos, ya que "la mayoría de los materiales atenuantes del sonido son sólidos y evitar el flujo de aire ".
Para probar el metamaterial en el laboratorio, los investigadores de la Universidad de Boston intentaron silenciar un altavoz. Sellaron el altavoz a un extremo de una tubería de PVC y unieron un anillo del metamaterial al otro. Luego se ponen en juego.
Silencio.
Al mirar dentro de la tubería de PVC, pudieron ver los latidos de los subwoofers del altavoz. Pero no podían escuchar nada. El material, según sus cálculos, bloqueó el 94 por ciento del sonido.
Fue como presionar el botón de "silencio", dijeron los investigadores.
Un anillo del metamaterial (BU. Foto de Cydney Scott). El metamaterial también es barato de fabricar y ligero, dice Reza Ghaffarivardavagh, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en la Universidad de Boston.
"Estas características abren oportunidades para aplicaciones nuevas y emocionantes", dice.
El material podría reducir el ruido de una máquina de resonancia magnética, a veces comparado con un martillo neumático. Podría usarse como una barrera de sonido contra el tráfico. También se puede usar en lugar de materiales de insonorización tradicionales como baldosas acústicas o cortinas. La forma externa no tiene que ser un anillo; Puede ser cualquier cosa, desde un hexágono hasta un cuadrado, por lo que los clientes podrían ordenar paredes de sonido personalizadas estéticamente agradables para restaurantes o teatros.
Un mundo más tranquilo no solo será más relajante. También podría ser más saludable. Cada vez hay más pruebas de que la "contaminación acústica ambiental" tiene efectos negativos en nuestros cuerpos y mentes, lo que aumenta el riesgo de todo, desde enfermedades cardíacas hasta deterioro cognitivo. El año pasado, la Organización Mundial de la Salud publicó pautas para apoyar a los responsables políticos a reducir el ruido ambiental de fuentes como automóviles, trenes y turbinas eólicas. El ruido excesivo también es malo para los animales no humanos. La investigación en curso está investigando cómo la contaminación acústica reduce la biodiversidad.
Zhang dice que el metamaterial ha generado interés en varias organizaciones de diferentes industrias, incluidas la fabricación, la energía y la fabricación de automóviles.
"Ahora estamos trabajando para abordar la viabilidad de cada posible aplicación y proyecto", dice ella. "Tengo la esperanza de que veremos una aplicación comercial de alguna forma en los próximos años".
