Botellas acústicas para torcer ondas sonoras al aire libre

Hay a la vuelta de la esquina una nueva tecnología que lleva consigo un amplio repertorio de esperanzadoras aplicaciones potenciales, incluyendo captura avanzada de imágenes ultrasónicas, terapias ultrasónicas, ocultación acústica, levitación, e incluso manipulación de pequeños objetos mediante sonido como si se usasen unas “pinzas sónicas”.

Esta tecnología se basa en un método para generar al aire libre, sin necesidad de un espacio controlado dentro de un laboratorio, un fenómeno descrito como “botella acústica”. Las botellas acústicas pueden torcer la trayectoria de las ondas sonoras, forzándolas a seguir caminos convexos preseleccionados.

Las ondas sonoras son muy parecidas a las ondas luminosas. Viajan en línea recta pero su camino, a través de la reflexión, la difracción o la refracción, puede torcerse. Esta es la base para la toma de imágenes médicas por ultrasonidos y para los análisis ultrasónicos no destructivos de materiales.

En años recientes, se ha llevado a cabo una intensa actividad de investigación para desarrollar técnicas que puedan torcer las rutas de las ondas sónicas a lo largo de una trayectoria curva, para así poder satisfacer las más rigurosas demandas de la toma de imágenes de resolución ultraelevada, la ocultación acústica y otras aplicaciones exóticas.

En estos años, se han diseñado diversos metamateriales (estructuras trabajadas a escala nanométrica para dotarlas de características inexistentes en el material en bruto) capaces de torcer las ondas sonoras lo suficiente para lograr efectos útiles. Sin embargo, la naturaleza de estos materiales limita de manera notable sus aplicaciones, especialmente las biológicas.

En cambio, con la técnica para crear botellas acústicas desarrollada por el equipo de Xiang Zhang, director de la División de Ciencias de los Materiales en el Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) en California, es posible diseñar y sintetizar botellas acústicas que son capaces de dirigir ondas sonoras a lo largo de rutas con la curvatura deseada y a través de espacio homogéneo, sin necesidad de metamateriales o cualquier otro medio muy manipulado.

La botella acústica será útil para alcanzar objetivos como acceder a objetos difíciles de alcanzar, ocultos detrás de obstáculos, como es el caso de la toma de imágenes acústicas y las terapias de ultrasonidos a través de un medio muy poco homogéneo. También se puede usar una botella acústica como dispositivo de ocultación, desviando ondas sonoras alrededor de un objeto y después reconduciéndolas hacia su dirección original, como si nada si hubiera interpuesto en su camino, haciendo así al objeto invisible a la detección por sónar.

Los haces sonoros moldeados por las botellas acústicas podrían también ser útiles en otra aplicación que se encuentra entre las que mayores expectativas están despertando en la comunidad científica: La levitación acústica, en la cual se usan las ondas sonoras para levantar y manipular objetos de tamaño milimétrico, incluyendo partículas, microorganismos y gotas de agua. Con la botella acústica es factible hacer levitar objetos mucho más grandes que los que pueden ser levantados y manipulados con otras técnicas de levitación acústica. (NCYT)