Ondas de som, luz e água geralmente se propagam de forma semelhante em ambas as direções, seja para frente ou para trás. No entanto, em algumas aplicações técnicas, é preferível que essas ondas sigam apenas em uma direção, a fim de evitar reflexos indesejados. Um exemplo disso é o uso de micro-ondas ou luz em sistemas tecnológicos.
Até então, métodos para impedir a propagação de ondas sonoras no sentido inverso resultavam em perdas também no sentido desejado. No entanto, uma equipe de pesquisadores liderada por Nicolas Noiray, professor de Combustão, Acústica e Física de Fluxos da ETH Zurich, em colaboração com Romain Fleury da EPFL, desenvolveu uma solução que resolve essa questão. A descoberta foi publicada na Nature Communications.
Oscilações autossustentadas
- A base desse novo método é o uso de oscilações autossustentadas, um fenômeno em que um sistema dinâmico repete periodicamente seu comportamento.
- Noiray, que há anos estuda como essas oscilações podem surgir e causar vibrações perigosas em motores de aeronaves, teve a ideia de usar oscilações aeroacústicas inofensivas para permitir a passagem das ondas sonoras em uma única direção, sem perdas.
- O método proposto envolve um circulador, um dispositivo no qual as oscilações autossustentadas compensam a atenuação das ondas sonoras, sincronizando-se com elas e ganhando energia.
- Esse circulador consiste em uma cavidade circular por onde o ar é soprado, gerando um som semelhante a um assobio.
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Resultados experimentais
Após anos de pesquisa e modelagem teórica, os pesquisadores conseguiram demonstrar experimentalmente o funcionamento do circulador. Uma onda sonora de 800 Hertz foi enviada por um dos guias de onda do circulador, e o resultado mostrou que a onda foi transmitida com sucesso para o segundo guia de onda, sem que houvesse retorno pelo primeiro.
De acordo com Noiray, essa tecnologia pode ser aplicada em outras áreas, como em materiais metamateriais para ondas eletromagnéticas, aprimorando a condução de micro-ondas em sistemas de radar e criando circuitos topológicos para futuras comunicações.