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Metamateriales de Insonorización basados en telas de araña

La araña Nephila y su capacidad para construir estructuras complejas con su tela ha sido la inspiración para un grupo de investigadores europeos a la hora de desarrollar un nuevo material con propiedades de insonorización.

Este metamaterial acústico, hecho con estructuras que se repiten periódicamente, se basa en las propiedades elástica variables de la forma radial, con circunferencias de seda, capaz de atenuar y absorber las vibraciones en rangos de frecuencia amplios. Los investigadores demostraron que este nuevo diseño inhibe el sonido de baja frecuencia y se adapta con mayor facilidad a diferentes frecuencias que otros materiales utilizados hasta ahora.

La combinación de las propiedades mecánicas de refuerzo y la heterogeneidad de la seda de araña con las propiedades acústicas sintonizables demostradas aquí sugieren que los metamateriales inspirados en la tela de araña podría dar lugar a una nueva clase de aplicaciones para controlar las vibraciones. Las posibilidades incluyen la protección contra terremotos en puentes y edificios en suspensión, reducción de ruido, imágenes sub-longitud de onda y de camuflaje acústico.

Las ventajas acústicas de la tela de araña surgen, al menos en parte, a partir de los círculos concéntricos, o “anillos” de la red. Estos anillos resuenan a una frecuencia particular cuando se expone a vibraciones.

Sobre la base de esta arquitectura natural, los investigadores diseñaron el metamaterial acústico con unidades cuadradas que contienen anillos de resonancia con el apoyo a los ligamentos que irradian hacia fuera desde el centro de los anillos. El diseño se podría incorporar en muchas estructuras diversas hechas por el hombre. Desde sistemas de tracción o sujeción de estructuras pesadas a, en escalas más pequeñas, el mismo tipo de estructuras se podría utilizar para la atenuación de la onda en el rango acústico, tal como por reducción de sonido derivadas de las infraestructuras de carretera o ferrocarril.

El metamaterial es altamente ajustable debido a que su geometría se define por cinco parámetros, que es más que en los materiales acústicos tradicionales, y cada uno de estos parámetros pueden ser controlados de forma independiente para producir un gran número de diseños que responden a diferentes frecuencias acústicas. El rango de frecuencia que es inhibida por estos materiales se llama la banda prohibida, y aquí los investigadores mostraron que los metamateriales acústicos de tela de araña de inspiración pueden tener intervalos de banda ancha, con amplias gamas de capacidad de ajuste.

Las increíbles propiedades de las telas de araña y el sonido

La investigación sobre los usos en insonorización vienen a completar otros estudios sobre las propiedades de absorción de las vibraciones y la resistencia de la seda de araña. Ésta transmite las vibraciones a través de una amplia gama de frecuencias como si de una cuerda de guitarra se tratara y esa información sobre la presa, los compañeros o la integridad de la estructura le llega a la araña en forma de sonido. Al menos así lo aseguran investigadores de Oxford, Strathclyde y Sheffield.

Los científicos dispararon balas y rayos láser sobre telas de araña para estudiar la forma en la que vibra y descubrieron que la forma en la que se ajusta a una amplia gama de armónicos es única. Este descubrimiento puede ser empleado en el desarrollo de sensores ligeros. Para estudiar las propiedades acústicas de las telarañas, los investigadores usaron cámaras de ultra alta velocidad para filmar los hilos a medida que respondían al impacto de balas. Además, los láseres se utilizaron para hacer mediciones detalladas de la vibración incluso más pequeño.

El hecho de que las arañas puedan recibir estas vibraciones nanométricas con órganos en cada pata, llamados hendiduras sensilas, simplifica el trabajo de los investigadores y demuestra que además de las excelentes propiedades de muchas sedas relativas a la resistencia pueden combinar esa dureza excepcional con la capacidad de transmitir información.

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Fuente: Oxford University.