La reproducción de audio grabado desde un almacenamiento digital nos permite disfrutar de la música sin la presencia física de un instrumento musical para generar un sonido resonante. En un área aparentemente no relacionada llamada metamateriales, Los científicos diseñan diferentes estructuras físicas que también resuenan con sonido o luz, para lograr muchos fenómenos intrigantes como la refracción negativa y la invisibilidad.

Recientemente, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl en Corea, se han dado cuenta de lo que llamaron un metamaterial acústico virtualizado, en la digitalización de la respuesta del material a una respuesta de impulso almacenada en un programa de software. Esta representación digital es común en el procesamiento de señales para construir filtros, pero ahora es una nueva aplicación a la ciencia de los materiales. La representación digital reemplaza las estructuras físicas anteriores, dejando solo una colección de micrófonos y altavoces interconectados con un microprocesador backend. La respuesta al impulso del metamaterial es ahora simplemente un programa de software para generar cualquier onda dispersa con una dispersión de frecuencia personalizada. Como tal, la respuesta de los metamateriales se puede hacer arbitraria y flexible con solo hacer clic en un botón.

Sus hallazgos fueron publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 14 de enero 2020.

"El enfoque actual en la investigación de metamateriales imita la respuesta de los átomos naturales por los construidos artificialmente utilizando estructuras físicas resonantes. Pero eso sufre durante mucho tiempo de la limitación de que la propiedad no se puede sintonizar fácilmente en un rango amplio y de manera dinámica, "dijo el profesor Jensen Li Tsan-Hang del Departamento de Física, HKUST, quien dirigió la investigación. "Esto es particularmente importante para muchas aplicaciones realistas, como el sigilo de banda ancha, que tiene que funcionar en un entorno dinámico y riguroso ".

"Nuestro trabajo aborda este problema y proporciona un enfoque factible para digitalizar la respuesta en un programa de software. Una representación digital de un metamaterial, tomando prestado un concepto popular de respuesta al impulso en el procesamiento de señales, la respuesta del metamaterial se puede ajustar y cambiar con solo hacer clic en el botón para cambiar el programa de software, "Dijo el profesor Li.

Si bien los metamateriales han mostrado altos valores comerciales en términos de su desempeño superior en insonorización, haciendo metalentes compactas, etc., tal tecnología de virtualización agregará aún más una gran capacidad de ajuste en términos de funciones, asignar otro nivel de significado a "meta, "y permitir que los metamateriales utilicen el sigilo de banda ancha, absorción acústica activa, imágenes de superresolución, y más allá.

"Con nuestro enfoque, podemos entrar fácilmente en el régimen activo de los metamateriales, además de la sintonía que hemos mencionado. Electrónica externa, en comparación con los metamateriales convencionales que consisten en estructuras físicas pasivas, siempre puede proporcionar energía a los metamateriales, "dijo el profesor Namkyoo Park, del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad Nacional de Seúl. "No estamos restringidos a metamateriales que solo pueden ser pasivos o poder disipadores; cualquier respuesta activa se puede especificar fácilmente. Lo demostramos en nuestro trabajo al realizar un metamaterial con transmisión amplificada mucho más grande que el valor uno".

"Al reemplazar la estructura física resonante con un núcleo de convolución matemático de diseñador con un circuito de procesamiento de señal digital rápido, Demostramos un control desacoplado del módulo de volumen efectivo y la densidad de masa de metamateriales acústicos bajo demanda a través de una dispersión de frecuencia definida por software, ", dijo el profesor Li." Proporcionando amplitud reconfigurable por software, frecuencia central, y ancho de banda de dispersión de frecuencia, Nuestro enfoque agrega una dimensión adicional a la construcción no recíproca, no hermitiano y sistemas topológicos con capacidad variable en el tiempo como aplicaciones potenciales ".

El siguiente paso del grupo de investigación implicará la construcción de una versión mucho más grande de metaátomos de un metamaterial, lo que permitirá a los investigadores manipular aún más las ondas sonoras con propiedades que van más allá de la generación actual de metamateriales, como la invisibilidad de la banda ancha, Transmisión extrema no recíproca o insonorización.