En un estudio piloto, Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y el Haverford College han utilizado vibraciones acústicas que surgen naturalmente, u ondas sonoras, para monitorear el estado de los materiales granulares. Este enfoque pasivo representa una forma de sondear materiales desordenados o granulares sin perturbarlos, y puede permitir a los investigadores pronosticar el fracaso de estos materiales.

Materiales granulares, como el suelo debajo de nosotros, puede fallar por eventos espontáneos como terremotos. Pero es difícil sondear o medir estos materiales para predecir fallas. El físico de Haverford College y ex investigador postdoctoral de NC State Ted Brzinski y la física de NC State Karen Daniels decidieron examinar las ondas sonoras que emanan del material para caracterizar los diferentes modos vibratorios del material.

Los modos vibratorios son las formas en que algo puede oscilar, o moverse internamente. Una pequeña molécula solo puede oscilar de algunas formas, por ejemplo, pero los objetos más grandes tendrán más modos, que se ven afectados tanto por las ubicaciones como por las masas de los componentes. En un sistema desordenado o amorfo de materiales granulares, como tierra o grava, el número de modos rápidamente se vuelve demasiado grande para predecir o medir directamente.

Sin embargo, cada modo tiene asociada una frecuencia acústica particular. El enfoque de Brzinski y Daniels mide las frecuencias de los modos vibracionales activos en el material, dándoles una instantánea acústica de la "salud" general del material.

Para probar su técnica, crearon un sistema granular compuesto por 8, 000 perlas de polímero circulares y elípticas. Registraron las emisiones acústicas de más de 1, 100 eventos de stick-slip, que es lo que sucede cuando las placas tectónicas se deslizan unas sobre otras en un terremoto, y clasificaron las frecuencias presentes en las señales acústicas asociadas con una falla inminente.

"Las frecuencias más bajas están asociadas con los modos 'floppy', lo que significa que hay mucho más movimiento, mientras que las frecuencias más altas están asociadas con modos rígidos o rígidos, ", dice Brzinski." Lo que la gente ha visto en los sistemas modelo es que, dado que tiene más modos de disquete de lo esperado, cuanto más cerca esté de perder rigidez. El deslizamiento ocurre cuando se pierde rigidez. Nuestras pruebas confirmaron estos resultados del sistema modelo:las fallas ocurrieron cuando hubo más modos de baja frecuencia de lo esperado ".

"Pero no se trata solo de escuchar para ver qué frecuencias de sonido están presentes; necesitamos observar la proporción de modos, ", dice Daniels." Sabemos que los materiales próximos a fallar tienen muchos modos de baja frecuencia. Nuestro método cuenta el número de ciertos tipos de modos para predecir fallas. La belleza de la técnica es que puede monitorear el sistema sin ninguna interferencia, simplemente escuchando. El método es bastante simple, y puede permitirnos pronosticar el comportamiento de materiales desordenados ".

La investigación aparece en Cartas de revisión física .