La ingeniería de materiales está viviendo una revolución, tejidos con toda clase de propiedades nacen de los laboratorios. Especialmente enfocados en el tratamiento del sonido, los investigadores del MIT presentaron recientemente una tela auditiva capaz de escuchar los sonidos del corazón, para un mes después otro equipo ha anunciado este altavoz con la delgadez de un papel que promete aislar habitaciones enteras aplicando cancelación de ruido en paredes y techo como la que se usa en auriculares en España.

¿Te molesta el ruido de los vecinos? Empapela la casa con este innovador papel-altavoz e insonoriza la estancia o compite con ellos creando un sonido envolvente desde las paredes para sentir que vives dentro de un concierto. Estas son algunas de las futuras aplicaciones que los investigadores atribuyen a su nuevo invento que también sería capaz de seguir los movimientos de una persona por la estancia.

En un artículo publicado el martes en la revista IEEE Transactions of Industrial Electronics, el equipo de investigadores del MIT liderado por Vladimir Bulović ha dado a conocer este altavoz ultrafino que pesa lo mismo que una moneda de diez centavos de dólar (2,27 gramos). Una fina película que reinventa la composición tradicional de los altavoces con bobina de alambre, haciendo pasar el sonido por burbujas diminutas vibrantes que proyectan la música fuera del material.

¿Cómo lo han creado?

"Resulta extraordinario coger lo que parece una hoja de papel delgada, conectarla a dos clips y al puerto de auriculares del ordenador y comenzar a escuchar los sonidos que emanan de él", explica Bulović, líder del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada (ONE Lab) del MIT.

Efectivamente, en el vídeo que acompaña el anuncio se muestra como el investigador conecta dos clips con cable en los extremos de la hoja. Los cables llevan a un ordenador y cuando se quita uno de los clips que hace pasar la energía por el papel, la música se corta. La calidad del sonido es sorprendente si se tiene en cuenta la delgadez de este altavoz y su pequeña superficie, no cuesta imaginar lo que se conseguiría cubriendo todo el techo.

Lo que describen como una hoja de papel para simplificar la explicación, en realidad se compone de plástico PET con orificios generados con láser y una segunda capa de PVDF, material piezoeléctrico. Para convertir ambas secciones en una sola lámina que actúe como altavoz se les aplicó el vacío y se calentaron a 80ºC. 

Con ese tratamiento se consigue que el PVDF se abulte allí donde el PET no se lo impide ejerciendo de tope. Los pequeños agujeros de esa primera capa permiten que la segunda genere pompas o cúpulas como las denominan sus creadores. Al otro lado, se aplica una tercera capa de PET, para que actúe como espaciador entre las cúpulas y la superficie de unión.

Esas burbujas de aire tienen solo 15 micras de altura, aproximadamente la sexta parte del grosor de un cabello humano, y se mueven hacia arriba y hacia abajo alrededor de media micra cuando vibran, generando el sonido. "Cada cúpula es una sola unidad de generación de sonido, por lo que se necesitan miles de estas diminutas cúpulas que vibran juntas para producir un sonido audible", explica el MIT.

"Este es un proceso muy simple y directo. Nos permitiría producir estos altavoces con un alto rendimiento si lo integramos con un proceso continuo en el futuro. Eso significa que podría fabricarse en grandes cantidades, como papel tapiz para cubrir paredes, automóviles o interiores de aviones", dice Jinchi Han, un postdoctorado de ONE Lab, autor principal del artículo. 

Ligero, pero potente

Además de las facilidades que ofrece su fabricación, los investigadores también celebran las capacidades de adaptación del material. Cambiando el tamaño de los agujeros del PET, las cúpulas pueden variar consiguiendo un sonido más fuerte o con menos distorsión.

Altavoz de papel desarrollado por el MIT MIT Omicrono

Probaron su nuevo altavoz montándolo en una pared a 30 centímetros de un micrófono para medir el nivel de presión del sonido y registraron los decibelios. "Cuando pasaron 25 voltios de electricidad a través del dispositivo a 1 kilohercio (una tasa de 1000 ciclos por segundo), el altavoz produjo un sonido de alta calidad a niveles de conversación de 66 decibelios" aseguran desde el MIT. A 10 kilohercios, el nivel de presión del sonido aumentó a 86 decibelios, aproximadamente el mismo volumen que el tráfico en una ciudad.

Para conseguir esta potencia, la película solo consume alrededor de 100 milivatios (mW) de potencia por metro cuadrado de altavoz. Por compararlo con un ejemplo más claro, un altavoz doméstico puede consumir más de 1 vatio (W) de potencia para generar una presión de sonido similar.

¿Cómo se podría usar?

Liviano, fácil de fabricar a gran escala y con un gasto mínimo de energía necesario, los investigadores le otorgan toda clase de posibles aplicaciones. Además de cubrir paredes y techos para escuchar por toda la habitación tu música preferida o generar una mejor ambientación sonora en cines y teatros sin depender de equipos pesados, la cancelación de ruido se presenta como uno de sus futuros más interesantes.

Para quién no sepa cómo funciona esta herramienta en sus auriculares, si la onda de sonido choca con otra onda con la misma amplitud y en la fase contraria, quedan anuladas. Siguiendo esta técnica, la hoja en la pared podría anular ruido externo en casas, coches, cabinas de avión y cualquier espacio que requiera de cierta calma, pero pudiendo activar la cancelación y desconectarla cuando se quiera, algo que no es posible con otros materiales de insonorización permanente.

Ondas de sonido Pawel Czerwinski en Unsplash Omicrono

Otro ámbito interesante en el que se le podría dar uso a este nuevo material es de los ultrasonidos. Las diminutas cúpulas vibran por toda la película obteniendo una alta frecuencia de resonancia que se podría usar para, por ejemplo, detectar dónde está una persona en la sala y dirigir el sonido hacia donde la persona se mueve, de forma similar al sistema de ecolocalización de los murciélagos.

"Si cubrimos las cúpulas con una superficie reflectante, podrían usarse para crear patrones de luz para futuras tecnologías de visualización" explica Bulovic. Mientras que si se sumergen en un líquido, las membranas podrían servir para agitar productos químicos, lo que permitiría técnicas de procesamiento químico que podrían usar menos energía que otros métodos. "Las opciones de esta tecnología son ilimitadas" dicen. 

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