Ricercatori dell’USC Viterbi  di Los Angeles stampa in 3D per creare speciali metamateriali in grado di bloccare le onde sonore e le vibrazioni meccaniche

Un team di ricercatori dell’USC Viterbi  di Los Angeles ha recentemente aperto la strada a un nuovo modo di controllare il suono. Abbiamo già parlato dello sviluppo di  metamateriali stampati in 3D, che hanno appositamente progettato strutture che consentono loro di sfruttare le onde luminose o sonore, tra le altre applicazioni. Quest’ultima innovazione è unica in quanto un campo magnetico può essere utilizzato in remoto per attivare o disattivare le proprietà acustiche del metamateriale.

Il progetto è stato condotto da USC Viterbi Assistant Professor Qiming Wang e Ph.D. studente Kun-Hao Yu, insieme al professore del MIT Nicholas Fang e alla professoressa dell’Università del Missouri Guoliang Huang. Il team ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D per creare speciali metamateriali in grado di bloccare le onde sonore e le vibrazioni meccaniche, grazie alla loro struttura reticolare unica. Inoltre, la presenza di particelle di ferro nella struttura significa che è possibile utilizzare un campo magnetico per deformarlo, che cambierà le sue proprietà. In questo modo, il metamateriale stampato in 3D può essere spostato a distanza da stati attivi a stati passivi.

” Quando fabbrichi una struttura, la geometria non può essere cambiata, il che significa che la proprietà è fissa. L’idea è che possiamo progettare qualcosa di molto flessibile in modo che tu possa cambiarlo usando controlli esterni “, ha detto Wang, un assistente professore di ingegneria civile e ambientale. ” È possibile applicare una forza magnetica esterna per deformare la struttura e modificare l’architettura e la geometria al suo interno. Una volta modificata l’architettura, si modifica la proprietà. Volevamo ottenere questo tipo di libertà per passare da uno stato all’altro. Usando campi magnetici, l’interruttore è reversibile e molto rapido. ”

Le proprietà acustiche del metamateriale consentono di bloccare le onde sonore di una certa frequenza, nonché le vibrazioni meccaniche. Questo è utile per una serie di scopi, tra cui cancellazione del rumore, controllo delle vibrazioni e cloaking sonico, che può essere utilizzato per nascondere oggetti dalle onde acustiche.

L’unicità di questa struttura di metamateriali acustici stampati in 3D conferisce loro le proprietà di densità negativa e modulo negativo. Per i materiali di uso quotidiano, queste proprietà sono entrambe positive. Se un oggetto ha un modulo positivo, respingerà contro di te quando lo spingerai via. Al contrario, gli oggetti con un modulo negativo ti attraggono, spingendoti verso di loro mentre spingi. Analogamente, la situazione con oggetti che presentano una densità negativa è contro-intuitiva. Quando spingi questi oggetti lontano da te, si muoveranno invece verso di te.

Onde sonore e vibrazioni meccaniche entro una certa frequenza possono essere controllate da oggetti la cui struttura da loro una proprietà negativa. Quando entrambe le proprietà sono negative o positive, le vibrazioni riescono a passare di nuovo. Il team di USC Viterbi è stato in grado di controllare i propri metamateriali da remoto utilizzando un campo magnetico, passando da doppio positivo (passaggio del suono), singolo negativo (blocco del suono) e doppio negativo (passaggio del suono).

La possibilità di attivare e disattivare liberamente queste funzioni offre agli ingegneri un ulteriore livello di controllo sull’acustica e sulle vibrazioni rispetto ad altri metamateriali, aprendo un’intera gamma di potenziali applicazioni. Lo studio è stato pubblicato su  Advanced Materials . Il finanziamento per questo progetto è stato fornito dalla National Science Foundation e dall’aeronautica militare del programma Young Investigator della ricerca scientifica.

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