Equipamento dispara projéteis de som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/05/2010

Parecido com um enfeite de muito comum mesa, o equipamento é na verdade uma lente acústica não-linear que produz sinais acústicos de grande amplitude e altamente focalizados - tão focalizados que os pesquisadores chamam seus pulsos de projéteis de som.
[Imagem: Spadoni & Daraio/Caltech]

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, criaram um dispositivo capaz de emitir "projéteis de som".

Os pulsos acústicos altamente focalizados poderão gerar imagens acústicas muito superiores às atuais imagens médicas e bisturis sônicos, além de avaliar danos internos de forma não-destrutiva em pontes, viadutos, cascos de navios e outros materiais opacos.

Lente acústica

O dispositivo, chamado lente acústica não-linear, produz sinais acústicos de grande amplitude e altamente focalizados - tão focalizados que os pesquisadores chamam seus pulsos de projéteis de som.

"As lentes acústicas e seus projéteis sonoros, que podem existir em fluidos como o ar e a água, assim como em sólidos, têm o potencial para revolucionar aplicações, das imagens médicas e de várias terapias, até a análise não-destrutiva de materiais e construções de engenharia," explica Chiara Daraio, que participou da pesquisa.

Enfeite de esferas

Daraio e seu colega Alessandro Spadoni construíram as lentes acústicas montando 21 cadeias paralelas de esferas de aço inoxidável, com 9,5 milímetros de diâmetro cada uma, em uma matriz. Segundo os pesquisadores, outros materiais e mesmo outros formatos podem ser usados.

O dispositivo se parece com um enfeite muito comum, no qual uma série de esferas são suspensas por fios de modo a se tocarem. Quando uma das bolas nas extremidades é puxada e solta, ela impacta na sua vizinha mais próxima, fazendo a última bola saltar.

As esferas no centro parecem permanecer estacionárias, mas na verdade elas não estão inteiramente paradas, devido à dinâmica não-linear que movimenta o sistema.

Ondas solitárias

Na lente acústica, que contém um número maiores de esferas do que o enfeite, um pulso é disparado na primeira de cada linha de esferas, criando ondas não-lineares em cada uma das cadeias.

"Esta é a versão mais simples dos guias de onda não-lineares, que exploram as propriedades dos contatos interpartículas para ajustar o formato dos sinais acústicos e sua velocidade de propagação, criando pulsos acústicos compactos conhecidos como ondas solitárias," explica Daraio.

Como seu nome indica, as ondas solitárias podem existir isoladamente. Ao contrário das ondas que se espalham na superfície de um lago, elas não precisam ser seguidas e nem precedidas por outras ondas.

"As ondas solitárias sempre mantêm o mesmo comprimento de onda espacial em um dado sistema e podem ter elevadas amplitudes sem sofrer qualquer distorção dentro da lente acústica, ao contrário dos sinais produzidos pela tecnologia atual," diz a pesquisadora.

Bala de som

Qualquer ajuste necessário na onda pode ser feito mexendo unicamente nas linhas de anzol que prendem as linhas de esferas. Essa facilidade de ajuste torna o dispositivo versátil e prático para uma grande variedade de aplicações.
[Imagem: Spadoni e Daraio/Pnas]

A velocidade da onda solitária é determinada pelo nível de compressão entre as esferas, o que por sua vez é ajustado por meio de uma linha de anzol que amarra as esferas de cada cadeia.

Quando a série de ondas, produzidas nas diversas linhas de esferas, sai da lente acústica, elas coalescem em uma espécie de ponto focal em um material-alvo, que pode ser um gás, um líquido ou um sólido.

É esta superposição de ondas solitárias que cria o projétil sonoro, uma onda acústica de grande amplitude, mas muito compacta. Variando os parâmetros do sistema é possível produzir uma sequência de ondas mais curtas, que "metralham" o alvo sempre no mesmo ponto.

Qualquer ajuste necessário na onda pode ser feito mexendo unicamente nas linhas de anzol que prendem as linhas de esferas. Essa facilidade de ajuste torna o dispositivo versátil e prático para uma grande variedade de aplicações.

Aplicações dos pulsos de som

Os cientistas afirmam que as aplicações práticas vão depender de passar esse ajuste mecânico, de apertar ou soltar as linhas de anzol, para um ajuste eletrônico, da mesma forma que os técnicos ajustam os aparelhos de ultrassom dependendo das características do que está sendo imageado no interior do corpo.

Ainda assim, o novo dispositivo pode teoricamente superar a qualidade das imagens produzidas pelos atuais equipamentos de ultrassom, além de poderem viajar mais profundamente no interior do corpo para fazer imagens que os equipamentos de ultrassom não conseguem.

Uma das aplicações mais promissoras da nova técnica será na construção de bisturis sônicos, capazes de remover tecidos cancerosos localizados profundamente no interior do corpo, sem precisar de cirurgia, graças ao foco muito compacto obtido pela nova lente acústica.

O próximo passo da pesquisa é criar conjuntos tridimensionais de esferas, o que permitirá ajustar não apenas o formato das ondas, mas também a sua rota.

Pesquisadores já haviam empregado uma abordagem diferente, criando uma super lente acústica construída com um metamaterial. Outras pesquisas também indicam que a ciência pode estar muito próxima da criação de um laser sônico.

Mais tópicos