Físicos crean ondas sonoras que se mueven exclusivamente en una dirección
Imagine a tres personas dispuestas en círculo, cada una de las cuales sólo puede oír directamente a la otra. Los científicos han creado un dispositivo que dirige las ondas sonoras de esta manera, permitiéndoles viajar en una sola dirección.
Desarrollado por investigadores de la ETH de Zúrich y la Escuela Politécnica Federal de Lausana, el dispositivo consiste en una cavidad en forma de disco con tres puertos espaciados uniformemente que pueden enviar y recibir sonido. En estado inactivo, el sonido de un puerto llega a los otros dos a igual volumen, creando ecos. Sin embargo, cuando se activa, el sonido del puerto 1 sólo llega al puerto 2, gracias a una corriente de aire que se arremolina en la cavidad a una velocidad específica. Este flujo de aire alinea las ondas sonoras en un patrón unidireccional, impidiendo que se disipen, como una «rotonda»para el sonido.
Los investigadores creen que este método podría inspirar futuras tecnologías de comunicaciones y materiales, y que podría afectar también al control de las ondas electromagnéticas. «Este concepto de viaje controlado y unidireccional de las ondas es un hallazgo importante que puede aplicarse a otros sistemas», afirma Nicolas Noiray, investigador principal. Normalmente, las ondas sonoras en cualquier medio típico son recíprocas, lo que significa que pueden moverse por igual en ambas direcciones. Este nuevo método rompe esa simetría y abre posibilidades de propagación unidireccional de las ondas.
A veces, hacer que el sonido viaje en una sola dirección -por ejemplo, para reducir el ruido- puede ser muy útil. En 2014, investigadores de la Universidad de Texas en Austin desarrollaron un circulador acústico que utilizaba ventiladores para soplar aire a través de un anillo resonante. Esta configuración dirigía el sonido a un único puerto, por lo que no era recíproco. Sin embargo, las ondas sonoras perdían energía en su recorrido.
El diseño del circulador acústico de la ETH de Zúrich potencia las ondas sonoras para su transmisión unidireccional
Para solucionar este problema, los investigadores de la ETH de Zúrich diseñaron un circulador acústico que evita esta pérdida de energía. En él, el aire se arremolina en el anillo desde el centro, creando oscilaciones en la cavidad que se alinean con las ondas sonoras entrantes. Esta sintonización permite que las ondas ganen energía y lleguen con más fuerza a su destino sin debilitarse.
Para probar su diseño, el equipo envió ondas sonoras a 800 Hz a través de una guía de ondas y midió la salida en otras dos. Las ondas llegaban con más fuerza a la segunda guía de ondas, mientras que a la tercera no llegaban ondas, con lo que se lograba tanto el control direccional como la conservación de la energía.
Curiosamente, este concepto de aumento de la energía surgió de la investigación sobre la reducción de las oscilaciones, que pueden ser perjudiciales en sistemas como los motores de los aviones. Ahora, esta tecnología podría hacer avanzar los estudios sobre manipulación de ondas sonoras e incluso aplicarse a las ondas electromagnéticas para mejorar los sistemas de radar y comunicación.
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