Diodo acústico transmite som em uma única direção

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/05/2020

O componente é passivo, não exigindo entrada externa de energia.
[Imagem: Jie Zhu et al. - 10.1103/PhysRevApplied.13.041001]

Som unidirecional

Pesquisadores japoneses criaram um diodo acústico, um componente que - com alta eficiência e sem entrada de energia - transporta uma onda sonora sem permitir que a onda seja refletida na direção reversa.

Esse transmissor acústico unidirecional superou os efeitos colaterais apresentados por versões anteriores - como a distorção dos sinais transmitidos - usando um guia de ondas modificado que inclui três regiões com diferentes propriedades ressonantes.

A estrutura pode levar a melhorias nas imagens de ultra-som e outras tecnologias acústicas, incluindo escudos à prova de som e até computação com ondas acústicas, em vez de sinais digitais.

Componentes unidirecionais são essenciais nos circuitos eletrônicos (diodos eletrônicos) e em óptica (diodos de luz), mas um equivalente acústico que funcione tão bem quanto nas versões digital e óptica só agora começa a ser desenvolvido.

Modos de onda

Jie Zhu, da Universidade Politécnica de Hong Kong, construiu um guia de ondas sonoras usando um par de folhas paralelas de alumínio. As folhas têm trincheiras dobradas, de modo que uma onda que se propaga entre as placas encontre saliências retangulares que se projetam de cima e de baixo.

Como em qualquer cavidade ressonante, os padrões, ou modos, de ondas podem ser pares ou ímpares. Os modos pares têm simetria de espelho, tal como uma onda em uma corda que tem uma única crista se movendo para cima e para baixo, enquanto os modos ímpares são antissimétricos, tal como em uma onda de duas cristas, onde uma crista está sempre para cima e a outra sempre para baixo.

O diodo acústico consiste em três seções. A primeira tem as protuberâncias de cima e de baixo alinhadas, a segunda tem suas posições escalonadas, enquanto a terceira tem uma série de finas barras verticais suspensas no meio do guia de ondas. As três seções atuam como câmaras ressonantes, nas quais o som recebido cria ondas estacionárias.

Modo de funcionamento do diodo acústico.
[Imagem: Jie Zhu et al. - 10.1103/PhysRevApplied.13.041001]

A primeira seção permite que apenas os modos pares ressoem e, assim, sejam transmitidos para a segunda seção, bloqueando efetivamente os modos ímpares. A segunda seção permite passar uma combinação de modos pares e ímpares, atuando como um conversor de par para ímpar. E a terceira seção permite passar apenas modos ímpares, que são então convertidos em ondas ímpares em movimento.

Computação acústica

O diodo acústico alcançou uma transmissão máxima de energia de 93%, muito acima dos 30% ou menos relatados por dispositivos acústicos unidirecionais anteriores - a transmissão na direção inversa foi quase nula.

Jie Zhu reconhece que o componente funciona apenas em uma faixa estreita de frequências, por isto está planejando ampliar a largura de banda operacional.

Como aplicação, eles estão pensando usar o diodo de som para compor circuitos acústicos que possam executar funções lógicas para computação.

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