Así es el tejido que acaba con el ruido y crea espacios silenciosos. Utilizando materiales comunes como la seda, la lona y la muselina, los investigadores han creado tejidos supresores del ruido para aplicar en espacios del mundo real.
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Así es el tejido que acaba con el ruido y crea espacios silenciosos
Vivimos en un mundo muy ruidoso. Desde el zumbido del tráfico al otro lado de la ventana hasta la televisión a todo volumen del vecino de al lado, pasando por los ruidos de un compañero de trabajo, el ruido no deseado es un grave problema.
Para evitarlo, un equipo interdisciplinar de investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) y de otros centros ha desarrollado un tejido de seda que puede utilizarse para crear espacios silenciosos.
Fibra especial que vibra
El tejido, apenas más grueso que un cabello humano, contiene una fibra especial que vibra cuando se le aplica un voltaje. Los investigadores aprovecharon esas vibraciones para suprimir el sonido de dos formas distintas:
- El tejido vibrante genera ondas sonoras que interfieren con un ruido no deseado para anularlo, de forma similar a los auriculares con supresión de ruido, que funcionan bien en un espacio pequeño como los oídos pero no en recintos grandes como habitaciones o aviones.
- En la otra técnica, más sorprendente, la tela se mantiene quieta para suprimir las vibraciones, que son clave en la transmisión del sonido. Esto impide que el ruido se transmita a través de la tela y acalla el volumen más allá. Este segundo enfoque permite reducir el ruido en espacios mucho más grandes, como habitaciones o coches.
Seda, losa y muselina
Utilizando materiales comunes como la seda, la lona y la muselina, los investigadores crearon tejidos supresores del ruido que serían prácticos de aplicar en espacios del mundo real. Por ejemplo, podrían utilizarse para hacer separadores en espacios de trabajo abiertos o finas paredes de tela que impidieran el paso del sonido.
«El ruido es mucho más fácil de crear que el silencio. De hecho, para mantener el ruido fuera dedicamos mucho espacio a paredes gruesas…
… El trabajo de [la primera autora] Grace proporciona un nuevo mecanismo para crear espacios silenciosos con una fina lámina de tela». Así lo afirma Yoel Fink, catedrático de los departamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Eléctrica e Informática, investigador principal del Laboratorio de Investigación en Electrónica y autor principal de un artículo sobre la tela.
La autora principal del estudio es Grace (Noel) Yang SM ’21, PhD ’24. Entre los coautores figuran:
- los estudiantes de posgrado del MIT Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Henry Cheung y Yongyi Zhao;
- Zachary Smith, Catedrático de Desarrollo Profesional Robert N. Noyce de Ingeniería Química del MI
- El estudiante de posgrado Guanchun Rui y el profesor Lei Zhu de la Case Western University
- El estudiante de posgrado Jinuan Lin y el profesor adjunto Chu Ma de la Universidad de Wisconsin en Madison
- Y Latika Balachander, estudiante de posgrado de la Escuela de Diseño de Rhode Island.
Un artículo de libre acceso sobre la investigación apareció recientemente en Advanced Materials.
Silencio de seda
La seda supresora del sonido se basa en el trabajo previo del grupo para crear micrófonos de tela.
En esa investigación, cosieron una sola hebra de fibra piezoeléctrica al tejido. Los materiales piezoeléctricos producen una señal eléctrica cuando se aprietan o se doblan.
Cuando un ruido cercano hace vibrar el tejido, la fibra piezoeléctrica convierte esas vibraciones en una señal eléctrica que puede captar el sonido.
«Hay mucho ruido en nuestro mundo, crear silencio es más valioso»
En el nuevo trabajo, los investigadores dieron la vuelta a esa idea para crear un altavoz de tela que puede utilizarse para anular las ondas sonoras.
«Aunque podemos utilizar la tela para crear sonido, ya hay mucho ruido en nuestro mundo. Pensamos que crear silencio podría ser aún más valioso», explica Yang.
Al aplicar una señal eléctrica a la fibra piezoeléctrica, ésta vibra y genera sonido. Los investigadores lo demostraron tocando «Air» de Bach con una lámina de seda de 130 micrómetros montada en un marco circular.
Altavoz de tejido de seda
Para permitir la supresión directa del sonido, los investigadores utilizan un altavoz de tejido de seda que emite ondas sonoras que interfieren destructivamente con las ondas sonoras no deseadas.
Controlan las vibraciones de la fibra piezoeléctrica para que las ondas sonoras emitidas por el tejido sean opuestas a las ondas sonoras no deseadas que golpean el tejido, lo que puede anular el ruido.
Sin embargo, esta técnica sólo es eficaz en un área pequeña. Así que los investigadores se basaron en esta idea para desarrollar una técnica que utiliza las vibraciones del tejido para suprimir el sonido en zonas mucho más amplias, como un dormitorio.
Un caso práctico en la vida real
Supongamos que tus vecinos están jugando al futbolín en mitad de la noche. Oyes ruido en tu dormitorio porque el sonido de su piso hace vibrar la pared que compartís, lo que forma ondas sonoras en tu lado.
Para suprimir ese sonido, los investigadores pueden colocar el tejido de seda en tu lado de la pared compartida, controlando las vibraciones de la fibra para obligar al tejido a permanecer inmóvil. Esta supresión mediada por vibraciones impide que el sonido se transmita a través del tejido.
«Si podemos controlar esas vibraciones e impedir que se produzcan, también podemos detener el ruido que se genera», afirma Yang.
Un espejo para el sonido
Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que mantener el tejido inmóvil hace que el sonido se refleje en él, lo que da como resultado una fina pieza de seda que refleja el sonido como un espejo lo hace con la luz.
Sus experimentos también revelaron que tanto las propiedades mecánicas de un tejido como el tamaño de sus poros afectan a la eficacia de la generación de sonido. Aunque la seda y la muselina tienen propiedades mecánicas similares, el menor tamaño de sus poros la convierte en un mejor altavoz.
Pero el tamaño efectivo de los poros también depende de la frecuencia de las ondas sonoras. Si la frecuencia es lo suficientemente baja, incluso un tejido con poros relativamente grandes podría funcionar eficazmente, afirma Yang.
Reducción del ruido de hasta 65 dB
Cuando probaron el tejido de seda en modo de supresión directa, los investigadores descubrieron que podía reducir significativamente el volumen de sonidos de hasta 65 dB (casi tanto como una conversación humana entusiasta).
En el modo de supresión mediada por vibraciones, el tejido podía reducir la transmisión del sonido hasta un 75%.
Estos resultados sólo fueron posibles gracias a un sólido grupo de colaboradores, afirma Fink:
- Estudiantes de posgrado de la Escuela de Diseño de Rhode Island ayudaron a los investigadores a entender los detalles de la construcción de tejidos
- Científicos de la Universidad de Wisconsin en Madison realizaron simulaciones
- Investigadores de la Universidad Case Western Reserve caracterizaron materiales
- Ingenieros químicos del Grupo Smith del MIT utilizaron sus conocimientos sobre separación de membranas de gas para medir el flujo de aire a través del tejido.
Bloqueo de sonido de múltiples frecuencias
En el futuro, los investigadores quieren explorar el uso de su tejido para bloquear el sonido de múltiples frecuencias. Para ello sería necesario un complejo procesamiento de señales y más componentes electrónicos.
Además, quieren seguir estudiando la arquitectura del tejido para ver si cambiando aspectos como el número de fibras piezoeléctricas, la dirección en que se cosen o los voltajes aplicados se podría mejorar el rendimiento.
«Hay muchos botones que podemos girar para que este tejido supresor del sonido sea realmente eficaz. Queremos que la gente piense en controlar las vibraciones estructurales para suprimir el sonido. Esto es sólo el principio», dice Yang.
Este trabajo está financiado, en parte, por la National Science Foundation (NSF), la Army Research Office (ARO), la Defense Threat Reduction Agency (DTRA) y la Wisconsin Alumni Research Foundation.
Fuentes
- Con información de Adam Zewe | MIT News
- Imagen de cabecera: Investigadores del MIT han desarrollado un tejido de seda, apenas más grueso que un cabello humano, capaz de suprimir ruidos no deseados y reducir la transmisión de ruidos en una gran sala – MIT News; iStock.
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