Crean un metamaterial que absorbe las ondas sísmicas

Científicos chinos han creado un material sólido y compuesto cuya propiedad consiste en propagar las ondas como si fuera un fluido, lo que constituye toda una novedad en el mundo de la Física. Los resultados se han publicado en Nature Communications, según informa la Universidad de Hong Kong en un comunicado.

Se trata de un metamaterial, es decir, de un material artificial que presenta propiedades hasta ahora no existentes en la naturaleza. Se ha formado a partir de tres materiales sólidos, cilindros de acero recubiertos de silicona en un bloque de resina epoxi, un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o «endurecedor».

En sus extremos, el cilindro de acero funciona como un resorte. Esta arquitectura le permite detener el fenómeno conocido como resonancia anisótropa, ya que el nuevo metamarerial no permite la propagación de las ondas longitudinales, e impide también la propagación de las ondas transversales.

Una onda es una perturbación que se propaga por el espacio y que es capaz de transportar energía de un punto a otro. Las ondas pueden ser transversales (las de los terremotos) o longitudinales (las del sonido), según la forma en que se propagan por el espacio.

En el caso de las ondas longitudinales, la perturbación del medio se realiza en el mismo sentido que la dirección de la onda, mientras que en el caso de las ondas transversales, la perturbación del medio es perpendicular a la dirección de su propagación.

Experimento categórico

Los científicos han probado el efecto del metamaterial con el siguiente experimento. Colocaron una fila vertical de seis cubos del metamaterial y en su cúspide pusieron un grupo de pequeñas bolas de cristal. En la base de los cubos, situaron otro grupo de bolas de cristal.

Todo el conjunto se colocó encima de un agitador electromagnético que generaba vibraciones transversales. Cuando el agitador se activó, las bolas de cristal que estaban en la cúspide permanecieron estables, mientras que las que estaban en la base salieron despedidas. De esta forma comprobaron que la pila de metamateriales había absorbido las ondas transversales generadas por el agitador electromagnético.

Según los investigadores, el metamaterial hizo retroceder la frontera entre sólido y fluido en términos de propiedades ondulatorias y por ello abre nuevas perspectivas sobre las características de los sólidos estáticos. El concepto, totalmente revolucionario, abre nuevas posibilidades para controlar el fenómeno de la vibración, que podría ser aplicado al campo de la obtención de imágenes médicas.

Contener un terremoto

Los investigadores añaden que el nuevo metamaterial es capaz también de resistir a los terremotos y que por sus características puede integrarse en los pilares y vigas de los edificios. También permite una gran flexibilidad en cuanto al diseño arquitectónico. E incluso se puede incorporar a los edificios ya construidos para mejorar su resistencia sísmica, según los investigadores.

Los seísmos son una de las catástrofes naturales más devastadoras y mortales y los científicos intentan concebir materiales de construcción capaces de minimizar sus efectos, especialmente en las zonas de riesgo, para reducir los daños que causan las ondas sísmicas.

Las ondas sísmicas son transversales con efectos muy destructivos cuando se propagan sobre la superficie terrestre, por lo que el nuevo metamaterial resulta tremendamente eficaz para impedir el paso de las ondas sísmicas cuando llegan a un edificio.

Los investigadores señalan que las aplicaciones del metamaterial trascienden la arquitectura para extenderse al campo médico, ya que puede servir para mejorar la eficacia de los transductores  de ultrasonidos que se usan en medicina, como son las ondas de las ecografías.

Un transductor ultrasónico es un dispositivo convierte energía eléctrica en energía mecánica, en forma de sonido y viceversa. Los tejidos humanos poseen características de elasticidad cercanas a las de los medios fluidos como el agua, mientras que los transductores ultrasónicos son materiales sólidos.

Utilizar una sonda construida con un metamaterial que tenga propiedades cercanas a las de los fluidos permitirá una mejor propagación de las ondas ultrasónicas entre la sonda y el cuerpo humano, limitando la pérdida de energía y asegurando una mejor imagen de la ecografía, consideran los investigadores.

Referencia

Polarization bandgaps and fluid-like elasticity in fully solid elastic metamaterials. Nature Communications 7, Article number: 13536 (2016). doi:10.1038/ncomms13536