El interior de las tuberías submarinas y los contenedores nucleares cerrados eran inaccesibles hasta hace poco. Investigadores de acústica de la Facultad de Ingeniería de Penn State han desarrollado una forma de transmitir energía y comunicaciones a través de paredes metálicas mediante ultrasonido.
Publicaron su innovación, un metamaterial acústico basado en pilares que opera en el rango de frecuencia de ultrasonido, en Physical Review Applied. . Según los investigadores, el trabajo podría tener implicaciones para la investigación en el espacio.
"Si quisieras alimentar un dispositivo, como un sensor de temperatura, dentro de una carcasa metálica como una tubería, las ondas de ultrasonido pueden transportar esa energía al dispositivo", dijo Yun Jing, profesor de acústica e ingeniería biomédica y autor correspondiente del artículo. . "Pero antes, las ondas no podían atravesar barreras metálicas que bloquearían el sonido, a menos que los transductores estuvieran en contacto directo con la barrera."
Los investigadores crearon un metamaterial basado en pilares:una serie de pequeños pilares cilíndricos colocados sobre una placa de metal que funcionan como resonadores, que vibran u oscilan para crear resonancia acústica.
Cuando el metamaterial está situado entre un transmisor transductor y un receptor, mejora drásticamente la velocidad de transmisión de potencia ultrasónica a través de una barrera metálica, sin requerir contacto directo entre los transductores y la barrera. Anteriormente, las débiles ondas ultrasónicas podían atravesar el metal, pero carecían de energía suficiente para alimentar un sensor o transmitir mensajes a través del metal.
"Con un extremo estrecho y un extremo más ancho como un pilar, el metamaterial acústico está diseñado como un resonador acústico", dijo el primer autor Jun Ji, quien recientemente obtuvo su doctorado en acústica en Penn State. "La forma del metamaterial permite la transmisión y recepción inalámbrica de ultrasonidos a través de una barrera metálica."
Los investigadores probaron la función de la muestra de metamaterial en dos experimentos. En el primero, transmitieron energía de forma inalámbrica a través de una placa de metal con el metamaterial utilizando un transmisor ultrasónico y un receptor, alimentando con éxito una luz LED en el otro lado. Esto confirmó la capacidad del metamaterial para transmitir energía a través de paredes metálicas.
En un segundo caso de prueba, transmitieron una imagen de las letras "PSU" a través de una placa de metal con el metamaterial usando una señal ultrasónica codificada, confirmando que las comunicaciones son posibles con el uso del metamaterial fortaleciendo la transmisión de ondas de ultrasonido a través de barreras metálicas. /P>
La comunicación inalámbrica y la energía para espacios cerrados pueden brindar soluciones a los ingenieros en varias áreas, como la exploración espacial, explicó Ji. Los contenedores metálicos, por ejemplo, que transporten muestras de otros planetas requerirían una alternativa inalámbrica para mantener la energía eléctrica y las comunicaciones.
"Para evitar la posible contaminación de las muestras que se traen a la Tierra, el contenedor necesitará sensores inalámbricos para identificar y comunicar fugas de presión", dijo Ji.
Las comunicaciones por ultrasonido, con la adición del metamaterial, podrían ser la solución para hacer que las muestras regresen a la Tierra en las condiciones en que fueron recolectadas, afirmó Ji.
Más información: Jun Ji et al, Transferencia de energía ultrasónica sin contacto y inalámbrica habilitada para metamateriales y transmisión de datos a través de una pared metálica, Revisión física aplicada (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014059
Información de la revista: Revisión física aplicada
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania
