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Metamaterial impreso 3D que cambia de forma remota

Un nuevo metamaterial impreso en 3-D puede cambiar de forma remota entre el control activo y los estados pasivos. Desarrollado por un equipo dirigido por investigadores de la Universidad del Sur de California, estos metamateriales impresos tridimensionales son capaces de bloquear las ondas de sonido y las vibraciones mecánicas. A diferencia de los metamateriales actuales, estos se pueden activar o desactivar de forma remota utilizando un campo magnético. Sus materiales se pueden utilizar para la cancelación de ruido, el control de la vibración y el encubrimiento sónico, que se puede utilizar para ocultar objetos de las ondas acústicas.

Hasta ahora los investigadores han estado impulsando las capacidades de los materiales mediante el diseño cuidadoso de estructuras precisas que exhiben propiedades anormales que pueden controlar las ondas acústicas u ópticas. Sin embargo, estos metamateriales están construidos en geometrías fijas, lo que significa que sus habilidades únicas siempre son fijas.

“Cuando fabricas una estructura, la geometría no se puede cambiar, lo que significa que la propiedad es fija. La idea aquí es que podemos diseñar algo muy flexible para que puedas cambiarlo usando controles externos”, dijo Qiming Wang , profesor asistente de ingeniería civil y ambiental de USC Viterbi.

Los metamateriales se pueden usar para manipular fenómenos ondulatorios como el radar, el sonido y la luz y se han utilizado para desarrollar tecnología como dispositivos de camuflaje y sistemas de comunicación mejorados. Los metamateriales desarrollados por este equipo son capaces de controlar los sonidos ambientales y las vibraciones estructurales, que tienen formas de onda similares. Al imprimir en 3-D un material deformable que contiene partículas de hierro en una estructura reticular, sus metamateriales pueden comprimirse utilizando un campo magnético.

El metamaterial acústico magnetoactivo (frente central) fijado a una placa de Petri. Crédito: Ashleen Knutsen”Puedes aplicar una fuerza magnética externa para deformar la estructura y cambiar la arquitectura y la geometría dentro de ella. Una vez que cambias la arquitectura, cambias la propiedad”, dijo Wang. “Queríamos lograr este tipo de libertad para cambiar de estado. Utilizando campos magnéticos, el interruptor es reversible y muy rápido”.

El campo magnético comprime el material, pero a diferencia de una fuerza de contacto físico como una placa de metal, el material no está restringido. Por lo tanto, cuando una onda acústica o mecánica contacta el material, lo perturba, generando las propiedades únicas que bloquean el paso de las ondas de sonido y las vibraciones mecánicas de ciertas frecuencias.

El mecanismo se basa en las propiedades anormales de sus metamateriales: módulo negativo y densidad negativa. En materiales cotidianos, estos son positivos.

“El material con un módulo negativo o densidad negativa puede atrapar sonidos o vibraciones dentro de la estructura a través de resonancias locales para que no puedan transferirse a través de él”, dijo Yu.

El metamaterial acústico magnetoactivo (frente central) fijado a una placa de Petri. Crédito: Ashleen Knutsen

Normalmente, cuando presionas un objeto, empuja hacia atrás contra ti. Por el contrario, los objetos con un módulo negativo te atraen, tirando de ti hacia ellos mientras empujas. Los objetos que exhiben una densidad negativa funcionan de manera similar contradictoria. Cuando empujas estos objetos lejos de ti, en su lugar se mueven hacia ti. Una propiedad negativa, ya sea el módulo negativo o la densidad negativa, puede funcionar independientemente para bloquear el ruido y detener las vibraciones dentro de ciertos regímenes de frecuencia. Sin embargo, cuando se trabaja en conjunto, el ruido o la vibración pueden volver a pasar. El equipo puede mantener un control versátil sobre el metamaterial, cambiando entre doble positivo (sonido que pasa), único negativo (bloqueo de sonido) y doble negativo (paso de sonido) simplemente cambiando el campo magnético .

“Esta es la primera vez que los investigadores han demostrado conmutación reversible entre estas tres fases utilizando estímulos remotos”, dijo Wang.

Fuente: Viterbi School.