Ingenieros de Berkeley crean las primeras hiperlentes para ondas de sonido

Publicado el 28 Oct, 2009 por Eugenio Rodríguez en Bioingeniería

Los sistemas basados en ultrasonidos como los dispositivos de sonar presentes en submarinos, podrían verse mejorados enormemente gracias al desarrollo de las primeras hiperlentes acústicas. Creado por los ingenieros del Lawrence Berkeley National Laboratory en los EE.UU., proporciona una acústica que impulsa ocho veces con más potencia el sonido, preparadas especialmente para su utilización en tecnologías de captación de imagen.

La ingeniosa manipulación física de las ondas de sonido realizadas por las hiperlentes obtienen hasta los detalles más pequeños a través de una sexta parte de la longitud de las propias ondas, con lo que es posible visualizar objetos mucho más pequeños en comparación con las que pueden detectarse utilizando las tecnologías actuales. La clave de este éxito reside en la captura de la información contenida en las ondas evanescentes, que otorgan muchos más detalles y mayor resolución que la propagación de ondas.

El equipo de ingenieros fabricó la hiperlente acústica a través de 36 aletas dispuestas en la forma de un ventilador de aire. Cada aleta tiene aproximadamente 20 centímetros de largo y tres milímetros de espesor. Las aletas, implementadas en una placa de bronce, se extienden desde un radio interno de 2,7 centímetros a un radio externo de 21,8 centímetros, abarcando 180 grados en dirección angular. Según nos comentaba Xiang Zhang, director del proyecto y responsable del Centro de Ingeniería de la Universidad de Berkeley; “Hemos realizado con éxito una demostración experimental de una hiperlente acústica que aumenta la sub-longitud de las ondas, convirtiéndolas gradualmente en ondas evanescentes dentro la propia propagación de ondas”.

hiperlentes

Como resultado de la relación entre los grandes radios interior y exterior, la hiperlente acústica comprime una parte importante de las ondas evanescentes en el régimen de propagación, de manera que la imagen obtenida se multiplica por un factor de ocho. Los ingenieros eligieron el bronce como material principal, ya que tiene una densidad de aproximadamente 7.000 veces mayor que la del aire, una proporción necesaria para alcanzar la fuerte anisotropía que se requiere para una dispersión plana de las ondas sonoras.

En el mundo de la imagen óptica, las hiperlentes están tomando un papel destacado. Fabricadas a partir de los metamateriales (materiales compuestos por metales y estructuras dieléctricas, cuyo diseño exclusivo da lugar a extraordinarias propiedades ópticas), hacen posible que las hiperlentes superen el llamado límite de difracción, ya que son significativamente más pequeñas que las longitudes de onda de la luz incidentes. Hace unos años, el mismo equipo de investigación diseñó unas hiperlentes a partir de nanocables de plata y óxido de aluminio, con capacidades de captar imágenes de objetos con dimensiones cercanas a los 150 nanómetros, muy por debajo del límite de difracción de la luz visible situada a 260 nanómetros.

El éxito del diseño basado en metamateriales abre nuevas posibilidades en la manipulación de las ondas sonoras, en particular de la acústica de transformación, que es análoga a la óptica de transformación. La versión actual de la hiperlente acústica genera con éxito imágenes en 2-D de objetos con un tamaño inferior de hasta 6,7 veces en la longitud de la onda de sonido. Ahora, Zhang y su equipo están trabajando en la mejora de su técnica para producir imágenes 3-D. Además, también están trabajando en hacer su hiperlente acústica compatible con la tecnología de eco-pulso, que es la base tanto de los ultrasonidos para fines médicos como de los sistemas sonar de imágenes bajo el agua.

Aplicar directamente la tecnología de ultrasonidos de eco-pulso, permitiría a las hiperlentes el uso de la frecuencias de entrada más bajas, que a su vez aumentarían la profundidad de la penetración, permitiendo a los médicos ver, por ejemplo, los tumores más pequeños o las características más sutiles de cualquier elemento que podrían ayudar a identificar otras anomalías. Además, las hiperlentes acústicas podrían aplicarse al sonar de los submarinos como un dispositivo de enfoque que permitiría disponer de más complejos y precisos datos del entorno.

Más información | Lawrence Berkeley National Laboratory