Material acústico reprogramável manipula o som de maneiras infinitas

Materiais Avançados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 26/12/2025

Metamaterial acústico

Pesquisadores desenvolveram um metamaterial programável que pode se transformar em mais configurações do que o número de átomos no Universo. E cada alteração pode ser feita num piscar de olhos.

Com essa flexibilidade e velocidade, o material artificial permite nada menos do que alterar o modo como podemos controlar o som, manipulando as ondas sonoras de modos virtualmente infinitos – de anular ondas de som a focalizar ondas de ultrassom em exames médicos, praticamente tudo se torna possível.

“Os metamateriais são materiais artificiais que podem alcançar propriedades extraordinárias, difíceis de encontrar na natureza,” explicou Melanie Keogh, da Universidade de Connecticut, nos EUA.

Os metamateriais têm sido mais usados para lidar com ondas de luz, mas eles podem lidar com qualquer tipo de onda. E Keogh queria desenvolver um material capaz de controlar ondas sonoras e que fosse, ao mesmo tempo, ajustável em frequência e em função.

Não era uma proposta sem motivo: Essas funcionalidades podem dar ao material aplicações que vão da geração de imagens médicas até o isolamento acústico.

E o resultado valeu a pena: O metamaterial reconfigurável é capaz de controlar ondas sonoras, curvando-as, amortecendo-as ou focalizando-as, ao mesmo tempo em que permite codificar a sintonia em tempo real com formas quase infinitas.

Não é um material artificial comum, ele é reprogramável, permitindo lidar com qualquer frequência de som.
[Imagem: Melanie R. Keogh et al. – 10.1073/pnas.2502036122]

Manipulação do som

O material artificial é composto por pilares assimétricos com uma ou mais faces côncavas, parecidos com o miolo de uma maçã. Esses pilares são dispostos em uma grade de 11×11, com motores controlando a orientação de cada um. Os motores são ajustados com precisão, permitindo que a orientação seja controlada em incrementos de rotação de um grau.

Quando uma onda sonora atinge o material, a onda é refletida nas concavidades dos pilares. E, como cada pilar pode ser ajustado individualmente, existe um número quase infinito de caminhos potenciais que podem ser criados para a propagação das ondas sonoras através da estrutura.

Isso significa que o material pode ser usado para intensificar o efeito das ondas sonoras, direcionando-as para um único ponto, o que é extremamente útil para criar pinças acústicas, em levitação acústica, para gerar imagens médicas com ultrassom ou mesmo em técnicas terapêuticas direcionadas para pontos específicos do corpo.

“Imagine algo como um tumor cerebral, algo que você quer destruir, mas, ao mesmo tempo, não consegue acessar com um bisturi. Você nem consegue acessar com som de alta intensidade, no início,” explicou o professor Osama Bilal. “Então, você precisa de ondas de amplitude muito baixa que se concentrem em um único ponto e, depois disso, se dispersem. Dessa forma, você pode enfraquecer um tumor, atacar um cálculo renal ou manipular pequenas partículas dentro do corpo humano às quais você não consegue acessar de verdade – mas as ondas sonoras conseguem.”

O material artificial terá usos da física básica até a medicina.
[Imagem: Melanie R. Keogh et al. – 10.1073/pnas.2502036122]

Física das ondas

E tem mais. O metamaterial também pode ser usado como plataforma para o estudo de conceitos fundamentais da física das ondas. Um exemplo são os isolantes topológicos, materiais que conduzem eletricidade ao longo de suas superfícies, mas não através de seu miolo, um conceito que recebeu o Prêmio Nobel de Física há alguns anos. A equipe usou seus metamateriais para controlar o som de maneira semelhante, ou seja, as ondas sonoras podem ser direcionadas para se propagarem ao longo da superfície externa do material, sem penetrá-lo.

Para isso, foi importante acrescentar a programabilidade, ou seja, tornar o material ajustável em tempo real.

Keogh explica que teve a ideia de usar engrenagens e motores para girar os pilares individuais porque queria resolver um problema persistente de engenharia: “Tradicionalmente, os metamateriais são fixos, o que significa que eles não podem mudar de forma após serem fabricados.”

Para um metamaterial que manipula o som, isso significaria que ele só poderia ser fabricado para controlar uma faixa de frequência específica, o que não é muito versátil. Um metamaterial fixo também pode se tornar completamente ineficaz se for danificado, mesmo pelo desgaste normal.

Agora, não é preciso fabricar um material diferente para cada aplicação. E, como os motores podem ser controlados eletronicamente, fica mais fácil programar o material em tempo real, repetidamente, sem precisar fabricar uma versão para cada função.

“Um aspecto adicional e singular [deste metamaterial] é a sua abordagem combinatória,” explicou Keogh, explicando que os efeitos do metamaterial podem ser ainda mais controlados pela orientação conjunta dos pilares: Dois, quatro ou mais pilares podem ser movidos em conjunto, formando uma supercélula, o que oferece ainda mais variáveis que poderão ser exploradas.

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