La prossima volta che sei in un ristorante o in un ufficio o in aeroporto, guarda il soffitto. Potresti vedere pannelli circolari simili a nuvole, o piastrelle di schiuma a coste o doghe di legno minimaliste o stendardi appesi che sembrano vele, o solo gli onnipresenti rettangoli grigiastri di ogni caffetteria del liceo in America. Sebbene possano essere esteticamente gradevoli (o meno), questi materiali sono in realtà progettati per assorbire il suono e rendere più silenzioso l'ambiente.
Potremmo non accorgercene, ma gran parte del nostro ambiente è in realtà costruito o progettato per ridurre il rumore del mondo moderno. Tende spesse aiutano a creare il silenzio negli uffici legali. Le pesanti porte anteriori in legno trattengono il rumore della strada dalle case.
Ora, i ricercatori della Boston University hanno creato un nuovo tipo di materiale che può bloccare il suono consentendo il flusso d'aria. È ciò che è noto come un "metamateriale", un materiale che è stato progettato per avere proprietà che non si trovano in natura. Il minuscolo motivo elicoidale di plastica all'interno del guscio a forma di anello riporta le onde sonore in arrivo alla loro origine, bloccando così il suono ma non l'aria.
"La domanda se possiamo mettere a tacere le onde sonore mantenendo il flusso d'aria ha ispirato la comunità della ricerca per decenni", afferma Xin Zhang, professore al College of Engineering dell'Università di Boston, che ha co-guidato il progetto e co-autore di un documento sul materiale che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review B.
Consentire il flusso d'aria è la chiave per alcuni potenziali usi del materiale. Non puoi mettere un materiale silenziante tradizionale su un motore a reazione o un drone e permettergli comunque di volare. Ma il nuovo metamateriale stampato in 3D potrebbe potenzialmente essere utilizzato per ridurre il rumore di aeromobili, ventole e sistemi HVAC senza interferire con il flusso d'aria.
Il design a forma di ciambella del materiale è potenzialmente "molto utile", afferma Kathryn Matlack, professore di scienze meccaniche e ingegneria all'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, che studia metamateriali acustici, poiché "la maggior parte dei materiali di attenuazione del suono sono solidi e impedire il flusso d'aria. "
Per testare il metamateriale in laboratorio, i ricercatori della Boston University hanno tentato di mettere a tacere un altoparlante. Hanno sigillato l'altoparlante a un'estremità di un tubo in PVC e hanno fissato un anello del metamateriale all'altra. Quindi hanno colpito il gioco.
Silenzio.
Guardando nel tubo di PVC, potevano vedere pulsare i subwoofer dell'altoparlante. Ma non potevano sentire niente. Il materiale, con i loro calcoli, ha bloccato il 94 percento del suono.
È stato come premere il pulsante "muto", hanno detto i ricercatori.
Un anello del metamateriale (BU. Foto di Cydney Scott). Il metamateriale è anche economico da produrre e leggero, afferma Reza Ghaffarivardavagh, uno studente di dottorato in ingegneria meccanica alla Boston University.
"Queste funzionalità offrono opportunità per applicazioni nuove ed entusiasmanti", afferma.
Il materiale potrebbe ridurre il rumore di una macchina per risonanza magnetica, a volte paragonato a un martello pneumatico. Potrebbe essere usato come barriera contro il traffico. Potrebbe anche essere usato al posto di materiali tradizionali per l'isolamento acustico come piastrelle acustiche o tende. La forma esterna non deve essere un anello; può essere qualsiasi cosa, da un esagono a un quadrato, quindi i clienti potrebbero potenzialmente ordinare pareti sonore personalizzate esteticamente gradevoli per ristoranti o teatri.
Un mondo più tranquillo non sarà solo più rilassante. Potrebbe anche essere più sano. Ci sono prove crescenti che "l'inquinamento acustico ambientale" ha effetti negativi sul nostro corpo e sulla nostra mente, aumentando il rischio di tutto, dalle malattie cardiache ai disturbi cognitivi. L'anno scorso, l'Organizzazione mondiale della sanità ha pubblicato linee guida per supportare i responsabili politici nella riduzione del rumore ambientale proveniente da fonti come automobili, treni e turbine eoliche. Anche il rumore eccessivo è dannoso per gli animali non umani. La ricerca in corso sta studiando come l'inquinamento acustico riduca la biodiversità.
Zhang afferma che il metamateriale ha generato interesse da un numero di organizzazioni in diversi settori, tra cui produzione, energia e auto-fabbricazione.
"Ora stiamo lavorando per affrontare la fattibilità di ogni potenziale applicazione e progetto", afferma. "Spero che vedremo un'applicazione commerciale in qualche forma entro i prossimi anni."
