Un nuovo materiale acustico intelligente ispirato alla pelle dello squalo
Un nuovo materiale acustico intelligente ispirato alla pelle dello squalo che imita i dispositivi elettrici innescando diverse risposte al suono.
Dalle cuffie che usiamo per ascoltare le nostre canzoni o podcast preferiti, fino al camuffamento sonoro utilizzato dai sottomarini, il modo in cui trasmettiamo e sperimentiamo il suono è una parte essenziale del modo in cui interagiamo con il nostro mondo circostante.
I metamateriali acustici sono materiali progettati per controllare, dirigere e manipolare le onde sonore mentre attraversano diversi mezzi. Come tali, possono essere progettati e inseriti in una struttura per smorzare o trasmettere il suono.
I tradizionali metamateriali acustici hanno geometrie complesse.
Spesso realizzati in metallo o plastica dura, una volta creati, non possono essere cambiati e hanno anche complesse geometrie. Prendiamo ad esempio un dispositivo acustico costruito per smorzare il suono in uscita in un sottomarino, in modo che possa camuffarsi. Se si presentasse una condizione diversa, ad esempio un alleato con cui il sottomarino voglia comunicare invece che nascondersi, lo stesso dispositivo acustico non consentirebbe la trasmissione esterna del suono.
Un team di ricercatori dell’USC, guidato da Qiming Wang, assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Sonny Astani, ha creato un nuovo materiale intelligente che supporta cambiamenti nella trasmissione acustica su richiesta e indotti con un campo magnetico.
Con i tradizionali metamateriali acustici si crea una particolare struttura per ottienere una specifica proprietà. Con questo nuovo materiale intelligente si possono ottenere più proprietà con una sola struttura, come dichiarato da Wang.
Studiando questo nuovo materiale è stato scoperto che esso ha la capacità di ricreare proprietà intrinseche ai dispositivi elettronici come quelle degli interruttori, ponendo le basi per una possibile trasmissione intelligente del suono. E qualcuno già parla di un possibile “computer” sonoro.
Ispirato alle doppie proprietà create dai dentelli dermici sulla superficie della pelle di uno squalo, il nuovo metamateriale acustico contiene nanoparticelle magneto-sensibili che si piegano sotto la forza di stimoli magnetici come mostrato nel video sottostante.
Questa forza magnetica può cambiare la struttura da remoto e su richiesta, adattarsi a diverse condizioni di trasmissione.
Il metamateriale acustico è fatto di gomma e di un mix di nanoparticelle di ferro.
Il nuovo metamateriale è stato creato con un mix di gomma e nanoparticelle di ferro: la gomma offre flessibilità, consentendo ai materiali di piegarsi e flettersi in modo reversibile e ripetuto, mentre il ferro lo rende sensibile al campo magnetico.
Per rendere le strutture rispondenti agli input acustici, Wang e il suo team hanno dovuto assemblare i materiali in modo tale che la risonanza tra loro (chiamata risonanza Mie) consentisse cambiamenti nella trasmissione acustica bloccando o conducendo un input acustico. Se i pilastri sono più vicini, l’onda acustica viene efficacemente intrappolata ed è impedita la propagazione attraverso l’altro lato della struttura. Al contrario, se i pilastri sono più distanti, l’onda acustica passerà facilmente attraverso.
Usiamo il campo magnetico esterno per piegare il pilastro e al contrario piegare il pilastro per ottenere questo tipo di cambio di stato
ha detto l’autore principale Lee.
Il risultato è uno spostamento da una posizione che blocca la trasmissione acustica a una che conduce efficacemente le onde acustiche. A differenza dei tradizionali metamateriali acustici, non è necessario alcun contatto diretto o pressione per modificare l’architettura dei materiali.
Wang e il suo team sono stati in grado di dimostrare come il loro materiale intelligente potesse imitare tre dispositivi elettronici chiave: un interruttore, un gate logico e un diodo.
È la prima volta che l’interazione di materiali magneto-sensibili con il campo magnetico manipola la trasmissione acustica in modo da creare funzioni come un circuito elettrico, un grande passo avanti in questo campo.
- Il lavoro scientifico originale su questo nuovo materiale intelligente (spj.sciencemag.org)
- A future sound computer? (viterbischool.usc.edu)
