Un metamaterial utiliza ondas sonoras para ubicar objetos bajo el aguaK

Un nuevo metamaterial habilita ondas sonoras para manipular objetos bajo el agua sin contacto físico, permitiendo una operatoria más fácil y accesible en entornos acuáticos. Las aplicaciones son múltiples y abarcan desde la construcción submarina y los rescates bajo el agua hasta la medicina de precisión.

A partir de un avance en el campo de los metamateriales acústicos, investigadores de la Universidad de Wisconsin–Madison, en Estados Unidos, han demostrado la posibilidad de mover y orientar objetos bajo el agua sin contacto físico directo, utilizando únicamente ondas sonoras. El desarrollo se presenta en la 188ª Reunión de la Acoustical Society of America (ASA), celebrada en conjunto con el 25º Congreso Internacional de Acústica, del 18 al 23 de mayo en Nueva Orleans.

Un metamaterial es un material compuesto cuyas propiedades emergen de su estructura interna más que de su composición química. En este caso, la superficie del metamaterial incorpora un patrón en forma de sierra, que modifica la forma en que las ondas sonoras se reflejan al incidir sobre la estructura. 

Al ajustar la fase y la dirección de un conjunto de altavoces adyacentes, se pueden generar fuerzas acústicas localizadas que empujan, tiran o rotan el objeto al que está adherido el metamaterial. De este modo, es posible controlar de forma remota cualquier objeto flotante o sumergido en un medio líquido.

Superando limitaciones

Durante las pruebas, el equipo manipuló diferentes objetos de madera, cera y espuma de plástico que flotaban en superficie, así como piezas totalmente sumergidas. En los ensayos con objetos bajo el agua, el sistema permitió no solo desplazar los objetos en dos dimensiones, sino también girarlos y posicionarlos con precisión en las tres dimensiones del espacio. 

Según Dajun Zhang, líder de la investigación, “nuestro metamaterial ofrece un método para aplicar distintas fuerzas de radiación acústica sobre objetos en medios líquidos, como robots y vehículos submarinos, partes para ensamblaje e incluso dispositivos médicos o fármacos”, indicó en una nota de prensa.

Uno de los principales retos en el desarrollo de metamateriales para aplicaciones subacuáticas es la fabricación de estructuras con la resolución y las propiedades acústicas adecuadas. Las técnicas convencionales resultan costosas y no alcanzan la precisión necesaria. 

Para superar estas limitaciones, el equipo liderado por Zhang diseñó un nuevo método de fabricación que combina bajo coste, simplicidad de implementación y alta resolución. Además, el metamaterial consigue un contraste significativo en la impedancia acústica respecto al agua, factor esencial para manipular eficientemente la energía sonora.

Aplicaciones en diversos campos

Este avance tiene implicaciones que van más allá de la simple manipulación de objetos. En el ámbito de la ingeniería submarina, la capacidad de orientar piezas para ensamblaje o de desplazar componentes en zonas de difícil acceso puede agilizar procesos de mantenimiento y construcción en entornos acuáticos. 

En el sector biomédico, la posibilidad de emplear ondas sonoras para guiar dispositivos médicos o transportar fármacos dentro del cuerpo abre la puerta a procedimientos menos invasivos, como cirugías remotas o sistemas de administración de medicamentos más precisos. 

“Las tecnologías de metamateriales acústicos y metasuperficies pueden ahora generar fuerzas de forma remota para levitar, accionar y manipular objetos tanto bajo el agua como en el interior del cuerpo humano”, explicó Zhang durante su ponencia.

De cara al futuro, el investigador planea desarrollar parches de metamaterial más pequeños y flexibles que se puedan acoplar a una mayor diversidad de formas y materiales. El objetivo es optimizar aún más la eficiencia en la generación de fuerzas acústicas y ampliar el rango de aplicaciones.