¿Quieres silencio? Este nuevo metamaterial acústico puede bloquear el sonido, pero deja pasar el aire

^{El metamaterial acústico impreso en 3D, diseñado matemáticamente, está configurado de tal manera que envía los sonidos entrantes de regreso a su lugar de origen. Dentro del anillo exterior, un patrón helicoidal interfiere con los sonidos, impidiéndoles transmitir a través del centro abierto y al mismo tiempo preservar la capacidad del aire para fluir. / Cydney Scott}

¿Quieres absoluto silencio? Pues la primera idea que invade tu mente sería cerrar por completo el espacio; si es tu habitación cierras puertas, ventanas y cada pequeño orificio por donde podría “colarse el sonido”. Pero ¿qué tan beneficioso para tus pulmones sería esto al cabo de unas horas? Pues un equipo de investigadores ha diseñado un metamaterial acústico para silenciar los molestos sonidos, sin bloquear el paso del aire. Los detalles fueron publicados en Physical Review B.

De esta manera, Xin Zhang, profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Boston (UB) y Reza Ghaffarivardavagh, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la misma universidad, fueron seducidos a responder una pregunta: "¿Podemos diseñar una estructura que pueda bloquear el ruido pero preservar el paso del aire?"

De esta manera, los investigadores se dejaron llevar por su pasión por las matemáticas con el objetivo de diseñar esta estructura, con forma de anillo, para decirle al sonido You shall not pass!

Bloqueando el sonido

Con ayuda de simulaciones por computadora, los investigadores calcularon las dimensiones y especificaciones que un material debería tener para poder reflejar las ondas de sonido entrantes a su fuente sin bloquear el paso del aire (ni de la luz).

Cuando tenían todo listo y simulado decidieron dar el paso a lo tangible. Los investigadores imprimieron en 3D el material en forma de anillo y lo conectaron a un extremo de un tubo de PVC. El otro extremo estaba conectado a un altavoz.

¿Qué sucedió después? Cuando el altavoz lanzaba un sonido medianamente agudo por el tubo, el anillo se encargó de bloquear alrededor del 94% del sonido que entraba por la tubería. De esta manera, los sonidos que emanaban del altavoz eran imperceptibles para el oído humano.

"El momento en que colocamos y quitamos el silenciador... fue literalmente día y noche", dijo el coautor del estudio Jacob Nikolajczyk en el comunicado de prensa. "Habíamos estado viendo este tipo de resultados en nuestro modelo de computadora durante meses, pero una cosa es ver los niveles de presión de sonido modelados en una computadora, y otra es escuchar su impacto".

Posibles aplicaciones

Los investigadores tienen muchas ideas de posibles aplicaciones para su metamaterial y seguirán desarrollando y mejorando sus funciones. Un claro ejemplo son los drones; muchas personas se están quejando por el molesto ruido que producen.

"El culpable es el movimiento hacia arriba del ventilador", expresa Ghaffarivardavagh en el comunicado. "Si podemos poner estructuras abiertas para silenciar el sonido debajo de los ventiladores de aviones no tripulados, podemos cancelar el sonido que se irradia hacia el suelo", añade.

Los investigadores también señalan que la estructura no necesita una forma de anillo para funcionar correctamente. "Podemos diseñar la forma exterior como un cubo o hexágono, cualquier cosa realmente", menciona Ghaffarivardavagh. “Cuando queremos crear un muro, vamos a adoptar una forma hexagonal” que puede encajar como una estructura de panal al aire libre.

Pero los drones y las paredes no son la única aplicación. Según Stephan Anderson, profesor de radiología en la Facultad de Medicina de UB y coautor del estudio, el metamaterial acústico podría usarse “dentro del orificio central de una máquina de IRM (resonancia magnética)”, protegiendo a los pacientes del molesto sonido durante el proceso.

Zhang menciona que su pequeño material tiene infinitas posibilidades de aplicación debido a su gran potencial de adaptabilidad. "La idea es que ahora podemos diseñar matemáticamente un objeto que puede bloquear los sonidos de cualquier cosa".

Los estudios en materiales siempre traen algo nuevo que deja al mundo asombrado. Hace unas semanas veíamos como un nuevo material impreso en 3D podía cambiar de color bajo ciertas condiciones. Otro era sensible al calor: podía enfriar tu cuerpo en días calurosos y calentarte en los fríos.

Adrian Díaz
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma. 

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