Ingenieros presentan un diseño que mimetiza el camuflaje natural

   Investigadores de la Universidad de Nebraska-Lincoln han desarrollado una estructura que puede empezar a replicar color y textura tras segundos de exposición a pulsos de luz.

   El nuevo diseño responde a una luz de menor intensidad y con mayor rapidez que sus pocos predecesores, dijo Li Tan, profesor asociado de ingeniería mecánica y materiales.

   "Esta es una comunidad relativamente nueva de investigación", dijo Tan, quien co-autor de un reciente documento delineando el diseño del equipo. "La mayoría de los que investigan en este ámbito se inspiran en la sepia, cuya piel cambia de color y textura. El cambio de color es relativamente fácil, como lo hace un televisor, pero cambiar la textura es más difícil. Queríamos combinar las dos..."

   Para ello, el equipo ha creado una estructura que consta de tres capas: una base que aísle el calor, un medio que absorba fácilmente la luz, y una tapa hecha de un líquido o sólido.

   Papel, vidrio, papel de aluminio, silicio y otros materiales han demostrado ser  adecuados para la capa intermedia, con tal de que incluya una distribución de píxeles de colores. Las capas medias y superiores también contienen coloides: partículas microscópicas de sosa y cal, vidrio o cobre.

   Cuando un láser de intensidad moderada golpea la capa media, comienza calentando los píxeles que la absorben, es decir, aquellos que no comparten el color de la luz. A través del proceso de convección, estos aumentos localizados de temperatura producen líneas de ruptura a lo largo de la superficie de la capa superior o algo parecido a erupciones volcánicas dentro de ella.

   En ambos casos, la succión resultante dibuja los coloides hacia las zonas calientes que absorben la luz que reproduce el color que brilla sobre la superficie. Si la luz es de color rojo, por ejemplo, los coloides emigran a cubrir píxeles verdes y dejar sólo los rojos al descubierto. Bajo la luz violeta, las partículas oscurecen la mayoría de los píxeles rojos, dejando la mayor parte del verde al descubierto.

   Este mismo principio fototérmico permite al equipo replicar o crear patrones, explica Tan, ya sea por la dirección de las luces en las trayectorias deliberadas o simplemente sometiéndolas a través de imágenes transparentes que recubren la estructura simple.

   El equipo ha utilizado estas técnicas para escribir palabras y patrones que imitan a un tablero de ajedrez, entre otros. Cuando la capa superior es un sólido, la refrigeración oscurecerá la palabra o patrón, que reaparece al recalentarla.

   Según Tan, la primera aplicación aparente del diseño, el camuflaje, probablemente no verá la luz del día por un tiempo. La aplicación potencial más inmediato, dijo Tan, se basa en el principio de foto-térmica que impulsa los cambios de color y textura del diseño. De la misma manera que la técnica puede dirigir el ensamblaje de coloides microscópicos, también podría acelerar la acumulación de células y facilitar el crecimiento de tejido biológico, dijo.

   "Empezar con pequeños bloques de construcción y cultivarlos en grandes estructuras por lo general toma un tiempo muy largo", dijo Tan. "En nuestro caso, realmente no es así."

El manto de invisibilidad con forma de pirámide del Pentágono

Cualquier objeto cubierto por esta capa tridimensional contra las ondas acústicas pasa desapercibido para el sónar y los radares.

Con poco más que unas cuantas hojas perforadas de plástico y una asombrosa cantidad de cálculos numéricos, ingenieros de la Universidad de Duke, con financiación del Pentágono, han fabricado una nueva capa de invisibilidad acústica tridimensional. El nuevo dispositivo desvía las ondas de sonido para crear la impresión de que tanto el manto como lo que hay debajo no están allí.

El dispositivo de camuflaje acústico funciona en las tres dimensiones, no importa en qué dirección viene el sonido, ni dónde se encuentra el observador, y tiene potencial para futuras aplicaciones, como evitar el sónar y la acústica arquitectónica. El estudio aparece en Nature Materials.

“El truco especial que estamos haciendo es esconder un objeto de ondas de sonido”, dice Steven Cummer, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Duke. “Al colocar esta capa alrededor de un objeto, las ondas sonoras se comportan como si no hubiera más que una superficie plana en su camino”, explica.

Para lograr este nuevo truco, Cummer y sus colegas se centraron en el desarrollo de metamateriales: la combinación de materiales naturales en patrones de repetición para lograr propiedades no naturales.

En el caso de la nueva capa acústica, los materiales que manipulan el comportamiento de las ondas sonoras son simplemente plástico y aire. Una vez construido, el dispositivo se parece a varias placas de plástico con un patrón de repetición de agujeros que asoman a través de ellos apilados uno encima del otro para formar una especie de pirámide.


Para dar la impresión de que no está allí, el manto debe alterar la trayectoria de las ondas sónicas para que coincida con lo que se vería como si se hubieran reflejado en una superficie plana. Debido a que el sonido no está llegando a la superficie que hay debajo, se desplaza a una distancia más corta y su velocidad debe ser frenada para compensar.

Para probar el dispositivo de camuflaje, los investigadores cubrieron una pequeña esfera con la capa y la sometieron a un sonido metálico con ráfagas cortas de sonido desde varios ángulos. Usando un micrófono, analizaron cómo las ondas respondían y produjeron imágenes de cómo se movían por el aire.

Aplicaciones militares

Cummer y su equipo compararon estas imágenes a las creadas tanto con una superficie plana sin obstáculos y con una esfera no oculta bloqueando su camino. Los resultados muestran claramente que el dispositivo de camuflaje hace que parezca como si las ondas sonoras fuesen reflejadas por una superficie vacía.


Este experto cree que la técnica tiene varias aplicaciones comerciales potenciales, como el diseño de auditorios con control o corrección acústico.

“Llevamos a cabo nuestras pruebas en el aire, pero las ondas sonoras se comportan de manera similar bajo el agua, por lo que una posible utilización obvia es evitar el sónar”, añadió. Cummer. Precisamente, la investigación fue apoyada por subvenciones de la Iniciativa de Investigación Multidisciplinaria de la Universidad de la Oficina de Investigación Naval y de la Oficina de Investigación del Ejército.

El pasado año, investigadores valencianos diseñaron el primer “manto de invisibilidad acústica” tridimensional del mundo, a partir de anillos de material plástico que rodean al objeto encubierto e impiden que traspasen las ondas acústicas.