O metamaterial pode
expandir ou encolher o feixe de ondas acústicas com um perda de energia e
distorção da onda mínimas.[Imagem: Sz-Chin Steven Lin/Penn Stat]
Engenheiros projetaram um novo tipo de material
artificial - um metamaterial - capaz de manipular uma ampla gama de ondas
acústicas usando um único dispositivo muito simples.
O feito mereceu a capa da renomada revista Journal of
Applied Physics.
A invenção irá beneficiar quase todas as aplicações
sônicas e ultra-sônicas atuais, tais como exames médicos de ultra-som e testes
ultra-sônicos não destrutivos.
Metamateriais sônicos
Metamateriais ópticos têm sido amplamente estudados para
aplicações como mantos da invisibilidade e lentes perfeitas.
Embora ondas acústicas e ondas eletromagnéticas sejam
muito diferentes, os princípios básicos dos metamateriais ópticos aplicam-se
aos metamateriais acústicos.
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As estruturas artificiais, conhecidas como metamateriais,
são criadas em padrões que curvam a onda acústica, direcionando-a para um ponto
único.
Em seguida, a onda acústica é reorientada para formar um
feixe que pode ser mais largo ou mais estreito, dependendo da direção de
deslocamento.
Esquema do modificador de
abertura sônico, formado por pinos de aço incorporados em uma matriz de epóxi.
[Imagem: Sz-Chin Steven Lin et al./JAPL]
O dispositivo - tecnicamente um modificador de abertura
acústico - foi construído com cristais fonônicos com índice de refração
variável, um nome pomposo para uma matriz de pinos de aço incorporados em
epóxi, segundo um padrão cuidadosamente calculado.
Os obstáculos - os pinos de aço - diminuem a velocidade
da onda acústica, fazendo-a compor feixes curvos.
Terapias ultra-sônicas
Segundo Sz-Chin Steven Lin, idealizador do novo
dispositivo, embora outros tipos de metamateriais acústicos também possam
concentrar ou desfocar um feixe acústico, o novo aparelho possui a vantagem de
ser pequeno e ter uma elevada conservação de energia.
Hoje, cientistas e médicos precisam de vários
transdutores de tamanhos diferentes para produzir ondas acústicas com aberturas
diferentes.
É algo parecido a ter que trocar as lentes de uma câmera
para mudar a abertura da lente.
Com este novo metamaterial acústico, a abertura desejada
poderá ser facilmente obtida apenas alterando o modificador de abertura
acústico ligado ao transdutor.
O dispositivo também deverá permitir o desenvolvimento de
novas terapias ultra-sônicas de alta intensidade mais precisas e mais
eficientes.
Essa técnica não-invasiva de calor pode ser usada no
combate a uma variedade de cânceres e doenças neurológicas.
Bibliografia:
Design
of acoustic beam aperture modifier using gradient-index phononic crystals
Sz-Chin
Steven Lin, Bernhard R. Tittmann, Tony Jun Huang
The
Journal of Applied Physics
Vol.:
111 (12): 123510
DOI: 10.1063/1.4729803
Inovação tecnólogica.
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