Xin Zou
Na experiência do ETH, as auto-oscilações (azul-vermelho) fazem com que as ondas sonoras (verde, laranja, violeta) viajem através do circulador apenas numa direção.
Uma equipa de investigadores da ETH Zurich conseguiu fazer com que ondas sonoras viajem apenas numa direção — ao contrario do que acontece normalmente. O método pode ser utilizado no futuro em aplicações técnicas com ondas electromagnéticas.
As ondas de água, luz e som propagam-se normalmente em todas as direções. Assim, quando estamos a falar com alguém que está a alguma distância de nós, essa pessoa pode ouvir-nos tão bem como nós a ela.
Isto é útil numa conversa, mas em algumas aplicações técnicas é preferível que as ondas possam viajar apenas numa direção — por exemplo, para evitar reflexos indesejados de luz ou micro-ondas.
Uma equipa de investigadores da ETH Zurich conseguiu agora criar um método para impedir que as ondas sonoras viajem para trás sem deteriorar a sua propagação na direção da frente.
Segundo o Phys.org, a base desta via de sentido único são as auto-oscilações, em que um sistema dinâmico repete periodicamente o seu comportamento.
Num novo estudo, publicado o mês passado na Nature Communications, os investigadores utilizaram oscilações aeroacústicas para permitir que as ondas sonoras passem apenas numa direção e sem quaisquer perdas através de um circulador.
Neste método, a atenuação das ondas sonoras é compensada pelas auto-oscilações no circulador que se sincronizam com as ondas que chegam, o que lhes permite ganhar energia a partir dessas oscilações.
“Ao contrário dos assobios normais, em que o som é criado por uma onda estacionária na cavidade, neste novo assobio resulta de uma onda giratória”, diz o primeiro autor do estudo, Tiemo Pedergnana.
Além disso, investigaram a mecânica dos fluidos do apito de onda giratória e depois acrescentaram-lhe três guias de onda acústica, dispostos em forma triangular ao longo da extremidade do circulador.
As ondas sonoras introduzidas através da primeira guia de ondas podem sair do circulador a partir da segunda guia de ondas. No entanto, uma onda que entre pela segunda guia não pode sair “ao contrário” pela primeira guia de ondas, mas pode fazê-lo pela terceira.
Neste estudo, os cientistas enviaram uma onda sonora com uma frequência de cerca de 800 Hertz através do primeiro guia de ondas e mediram a sua transmissão para o segundo e terceiro guias de ondas.
A onda sonora não chegou ao terceiro guia de ondas. Por sua vez, a partir do segundo guia de ondas (na direção “para a frente”), surgiu uma onda sonora ainda mais forte do que a originalmente enviada.
Este conceito é um resultado importante que pode ser transferido para outros sistemas. As micro-ondas nos sistemas de radar podem ser melhor guiadas e podem ser realizados circuitos topológicos, com os quais os sinais podem ser encaminhados para futuros sistemas de comunicações.
