Manipulação com som: Ondas acústicas geram torque e força de radiação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2022

Representação esquemática de uma onda sonora atingindo um objeto rotativo.
[Imagem: Mohamed Farhat et al. - 10.1063/5.0097041]

Metamaterial acústico

Embora o campo dos metamateriais seja mais conhecido por sua capacidade de manipular ondas eletromagnéticas, como a luz, para criar mantos de invisibilidade, há também os metamateriais acústicos, que podem ser construídos para transmitir, capturar, amplificar e direcionar ondas sonoras em frequências específicas.

Eles já viabilizaram a demonstração de tecnologias inovadoras em campos que vão desde a levitação acústica e novas ferramentas cirúrgicas até camuflagens acústicas para submarinos.

Até agora, contudo, esses estudos vinham se baseando na reflexão das ondas sonoras por objetos estáticos.

Recentemente, os pesquisadores descobriram que basta girar o objeto para alterar completamente sua resposta às ondas acústicas, dando origem a propriedades inesperadas e abrindo um novo campo de aplicações.

"O movimento fornece mais graus de liberdade e recursos que não existem em sistemas estáticos," disse Mohamed Farhat, da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita. Por exemplo, o efeito Doppler ocorre quando o movimento relativo de uma fonte de onda e seu observador altera a frequência percebida de uma onda, como a sirene de uma ambulância passando por um pedestre.

Mas Farhat queria mais do que isso, e descobriu então que dá para explorar essa interação incomum de um feixe acústico com um objeto giratório para gerar torque e força de radiação - neste caso, uma força de radiação acústica.

As possibilidade de ajuste incluem não apenas o feixe sônico, mas também o objeto e sua velocidade de rotação.
[Imagem: Mohamed Farhat et al. - 10.1063/5.0097041]

Pinças e telecomunicações acústicas

A equipe demonstrou que as propriedades dos feixes de ondas sônicas afetam a dispersão induzida pelo objeto móvel que as ondas atingem.

O torque e a força de radiação resultantes também apresentam características únicas e muito práticas: Um único feixe atingindo um cilindro giratório produziu uma força de radiação negativa, o que sugere que uma configuração simples envolvendo um único feixe é suficiente para construir pinças acústicas.

Essa força negativa permite atrair objetos pequenos sem contato, permitindo uma manipulação precisa de objetos para os quais as já tradicionais pinças ópticas não são adequadas. Por exemplo, torna-se possível pensar em manipular objetos em meios opacos e complicados, como tecidos biológicos moles, usando apenas forças acústicas.

"Agora estamos procurando validar experimentalmente nossas descobertas," disse Farhat. A equipe também está avaliando usos adicionais de fluidos giratórios, como guias de onda não recíprocos e equivalentes acústicos das fibras ópticas para trazer as telecomunicações acústicas mais próximo de aplicações práticas.

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