Pesquisadores da Universidade de Boston, Xin Zhang e Reza Ghaffarivardavagh, descobriram uma nova aplicação para os recentemente tão famosos metamateriais: cancelar o som [1]. Eles projetaram um novo tipo de estrutura capaz de permitir que o ar permaneça fluindo por entre o material sem que o som passe por ele. O que parece à primeira vista difícil de acreditar é, na verdade, uma enorme descoberta para o campo da acústica.
Após várias modelagens matemáticas os pesquisadores conseguiram desenvolver um novo metamaterial que se comportasse como uma barreira para o som, mas que mesmo assim permitisse a passagem de ar e luz. A peça, que foi feita a partir de uma impressora 3D, tem formato cilíndrico e é feita de plástico. Extremamente diferente dos isoladores que conhecemos hoje.
O que são metamateriais?
Hoje em dia o estudo de metamateriais está em constante crescimento com promessas gigantes para várias áreas de estudo. Em resumo, os metamateriais são materiais estruturados de forma artificial de modo a exibir propriedades eletromagnéticas que não são facilmente obtidas na natureza [2].
Ao contrário dos materiais naturais, cujas propriedades físicas são determinadas pelos seus arranjos químicos, os metamateriais tem propriedades que são determinadas pelo arranjo físico interno. Um dos principais interesses neste tipo de material está na sua capacidade de controlar o ângulo de reflexão da luz.
O experimento
As especificações do material foram calculadas de forma que a peça pudesse refletir todo som incidente sem que o fluxo de ar fosse interrompido. Como estudo de caso, eles decidiram que o experimento seria conduzido em um sistema com um alto-falante em uma das pontas de um tubo de PVC e, na outra ponta, a peça projetada.
Segundo os próprios pesquisadores, o resultado foi surpreendente. Assim que o alto-falante começou a reproduzir o som, se ouvia praticamente nada no laboratório, mas assim que a peça foi removida da extremidade do tubo, a sensação foi literalmente de uma mudança "da noite para o dia" [3].
Depois de comparar os níveis de pressão sonora antes e depois da aplicação do material percebeu-se uma redução de 94% do ruído emanado pelo alto-falante. Nada mal para uma peça de plástico.
Quais são as aplicações?
Os isoladores, como são conhecidos hoje, são geralmente barreiras físicas com estruturas de alta rigidez e massa. Uma parede de tijolos, por exemplo, tem seu índice de transmissão do som primariamente determinado pela sua massa e rigidez. Quanto mais rígida e pesada é uma estrutura, menor o seu índice de transmissão do som, segundo a lei das massas. O fato é que essas estruturas são caras, pesadas e inviabilizam algumas aplicações. No caso de uma turbina de avião, por exemplo, não podemos simplesmente enclausurá-la dentro de uma estrutura de concreto esperando resolver o problema do ruído, o fluxo de ar é vital para que um equipamento como este funcione e é exatamente neste ponto que o metamaterial torna-se tão interessante.
Com o novo metamaterial, seria possível acoplá-lo na turbina de um avião e isolar o ruído sem que o fluxo de ar fosse interrompido, por exemplo. Uma outra possível aplicação está no uso desses materiais em drones, cujo uso em fretes domésticos está sendo barrado pelo alto ruído das hélices. Uma aplicação mais próxima do nosso cotidiano seria em janelas, onde o ruído seria barrado sem que a janela precisasse estar necessariamente fechada.
O formato destes materiais também não é um problema. Segundo os pesquisadores, o metamaterial acústico pode ser redesenhado nas mais diferentes formas sem que suas propriedades fossem perdidas. As possibilidades são infinitas para este novo material. Em breve poderemos ter, na nossa própria casa, materiais que se comportem como isoladores perfeitos sem bloquear a passagem de ar ou luz. Seria isso um sonho?
Espero que tenhamos conseguido passar um pouco mais sobre acústica para vocês e que continuem lendo nossos posts. Em breve voltaremos com mais informações e curiosidades sobre áudio e acústica!
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Referências:
[1] GHAFFARIVARDAVAGH, Reza et al. Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference. Physical Review B, v. 99, n. 2, p. 024302, 2019.
[2] Zhang, Xiang et al. Metamaterial, 2016. Disponível em: <https://www.britannica.com/topic/metamaterial>. Acesso em: Março de 2019.
[3] New 'acoustic metamaterial' cancels sound, 2019. Disponível em: <https://www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190307103109.htm>. Acesso em: Março de 2019.