Las ondas de luz y sonido son la base del transporte de energía y señales y son fundamentales para algunas de nuestras tecnologías más básicas, desde teléfonos celulares hasta motores. Científicos, sin embargo, Todavía tienen que idear un método que les permita almacenar una ola intacta durante un período de tiempo indefinido y luego dirigirla hacia una ubicación deseada bajo demanda. Tal desarrollo facilitaría enormemente la capacidad de manipular ondas para una variedad de usos deseados, incluida la recolección de energía, computación cuántica, monitoreo de integridad estructural, almacenamiento de informacion, y más.

En un artículo recientemente publicado en Avances de la ciencia , un grupo de investigadores liderado por Andrea Alù, director fundador de Photonics Initiative en el Advanced Science Research Center (ASRC) en The Graduate Center, CUNY, y de Massimo Ruzzene, profesor de Ingeniería Aeronáutica en Georgia Tech, han demostrado experimentalmente que es posible capturar y almacenar una ola intacta de manera eficiente y luego guiarla hacia una ubicación específica.

"Nuestro experimento demuestra que las formas no convencionales de excitación abren nuevas oportunidades para ganar control sobre la propagación y dispersión de ondas, "dijo Alù." Al adaptar cuidadosamente la dependencia del tiempo de la excitación, es posible engañar a la onda para que se almacene de manera eficiente en una cavidad, y luego suéltelo a pedido en la dirección deseada ".

Metodología

Para lograr su objetivo, los científicos tuvieron que idear una forma de cambiar la interacción básica entre ondas y materiales. Cuando una onda de luz o sonido golpea un obstáculo, se absorbe parcialmente o se refleja y se dispersa. El proceso de absorción implica la conversión inmediata de la onda en calor u otras formas de energía. Los materiales que no pueden absorber las ondas solo las reflejan y las dispersan. El objetivo de los investigadores era encontrar una manera de imitar el proceso de absorción sin convertir la onda en otras formas de energía y, en cambio, almacenarla en el material. Este concepto, introducido teóricamente hace dos años por el grupo ASRC, se conoce como absorción virtual coherente.

Para probar su teoría, los investigadores razonaron que necesitaban adaptar la evolución temporal de las ondas para que cuando entraran en contacto con materiales no absorbentes, no se verían reflejados, dispersado, o transmitido. Esto evitaría que la ola que incide en la estructura se escape, y quedaría atrapado en el interior de manera eficiente como si estuviera siendo absorbido. La onda almacenada podría luego liberarse a pedido.

Durante su experimento, Los investigadores propagaron dos ondas mecánicas que viajaban en direcciones opuestas a lo largo de una barra de guía de ondas de acero al carbono que contenía una cavidad. Las variaciones de tiempo de cada onda se controlaron cuidadosamente para asegurar que la cavidad retendría toda la energía que chocaba. Luego, deteniendo la excitación o desafinando una de las ondas, pudieron controlar la liberación de la energía almacenada y enviarla en la dirección deseada bajo demanda.

"Mientras realizamos nuestro experimento de prueba de concepto utilizando ondas elásticas que viajan en un material sólido, nuestros hallazgos también son aplicables a las ondas de radio y la luz, ofreciendo perspectivas interesantes para la recolección de energía eficiente, transferencia de energía inalámbrica, fotónica de baja energía, y un control generalmente mejorado sobre la propagación de ondas, "dijo Ruzzene.