I ricercatori del MIT hanno sviluppato un tessuto innovativo in seta che, sfruttando le vibrazioni, è in grado di sopprimere il suono attraverso due tecniche distintive: l’annullamento del rumore tramite interferenza e la prevenzione della sua trasmissione. Questo materiale all’avanguardia potrebbe rivoluzionare gli ambienti rumorosi, trasformandoli in spazi tranquilli, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni in auto, stanze e ambienti di lavoro aperti.
Il Problema del Rumore e la Soluzione Innovativa del MIT
Viviamo in un mondo in cui il rumore costante è una presenza onnipresente. Dal frastuono del traffico esterno al volume elevato della TV del vicino o al chiacchiericcio proveniente dalla postazione di un collega, il rumore indesiderato rappresenta una sfida continua. Per affrontare questa problematica, un team di ricercatori interdisciplinari provenienti dal MIT e da altre istituzioni ha ideato un tessuto di seta innovativo progettato per sopprimere il suono e creare ambienti più silenziosi.
Questo tessuto, sottile quanto un capello umano, presenta una fibra speciale che vibra quando viene sottoposta a tensione. Sfruttando queste vibrazioni, i ricercatori sono riusciti a sopprimere il suono attraverso due metodi distinti. Il primo metodo impiega il tessuto per generare onde sonore che interferiscono e annullano il rumore indesiderato, simile al funzionamento delle cuffie con cancellazione del rumore. Tuttavia, sebbene efficace in spazi limitati, questa tecnica risulta meno pratica in ambienti più ampi come stanze o aeromobili.
Il secondo metodo, più sorprendente, consiste nel mantenere il tessuto immobile, bloccando le vibrazioni che trasmettono il suono. Questo arresto della trasmissione del suono consente al tessuto di ridurre significativamente il rumore in spazi più ampi, rendendolo ideale per ambienti come stanze o veicoli.
Applicazioni Pratiche e Approfondimenti degli Esperti
Sfruttando materiali comuni come seta, tela e mussola, i ricercatori hanno creato tessuti soppressori del rumore che potrebbero essere facilmente implementati in ambienti reali. Ad esempio, un tessuto del genere potrebbe essere utilizzato per realizzare divisori in ambienti di lavoro aperti o pareti sottili che impediscono la propagazione del suono.
Il professor Yoel Fink, esperto nei settori di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Elettrica e Informatica presso il MIT, nonché investigatore principale del Laboratorio di Ricerca di Elettronica e autore principale di un articolo sul tessuto, ha sottolineato l’importanza di questo lavoro nel fornire un nuovo meccanismo per creare spazi silenziosi utilizzando un sottile strato di tessuto.
L’autrice principale dello studio, Grace (Noel) Yang SM ’21, PhD ’24, insieme ad altri autori tra cui studenti laureati del MIT e professori di varie università, ha pubblicato un articolo in open-access sulla ricerca su Advanced Materials.
Silenzio di Seta
La seta che sopprime il suono si basa su precedenti lavori del gruppo per la creazione di microfoni tessili. In tale ricerca, è stato inserito un singolo filo di fibra piezoelettrica nel tessuto. I materiali piezoelettrici generano un segnale elettrico quando vengono compressi o piegati. Quando il tessuto viene fatto vibrare da un rumore circostante, la fibra piezoelettrica converte tali vibrazioni in un segnale elettrico, in grado di catturare il suono.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno invertito questa idea per creare un altoparlante tessile in grado di annullare le onde sonore. L’obiettivo è stato quello di creare il silenzio anziché aggiungere ulteriore rumore all’ambiente già rumoroso. Questo approccio innovativo ha portato alla scoperta di un tessuto che riflette il suono come uno specchio riflette la luce.
La Scienza della Soppressione del Suono
Applicando un segnale elettrico alla fibra piezoelettrica, questa viene fatta vibrare, generando suono. I ricercatori hanno dimostrato questa tecnica suonando l’Air di Bach utilizzando un foglio di seta spesso 130 micrometri montato su una cornice circolare. Per consentire la soppressione diretta del suono, è stato utilizzato un altoparlante tessile per emettere onde sonore che interferiscono distruttivamente con le onde sonore indesiderate, annullando così il rumore.
Questa tecnica si è dimostrata efficace su piccole aree, ma i ricercatori hanno sviluppato un metodo che sfrutta le vibrazioni del tessuto per sopprimere il suono in spazi molto più ampi, come ad esempio una camera da letto.
Controllo del Rumore nella Pratica
Immagina di trovarsi nella tua camera da letto e sentire il rumore proveniente dai vicini che giocano a calcio balilla nel cuore della notte. Questo rumore è trasmesso attraverso il muro in comune, generando onde sonore che raggiungono il tuo ambiente. Per sopprimere questo rumore, i ricercatori potrebbero posizionare il tessuto di seta sul tuo lato del muro in comune, controllando le vibrazioni nella fibra per mantenere il tessuto immobile. Questa soppressione mediata dalle vibrazioni impedisce al suono di propagarsi attraverso il tessuto.
Come afferma Yang, “Se possiamo controllare quelle vibrazioni e impedire che si verifichino, possiamo fermare anche il rumore che viene generato.”
Uno Specchio per il Suono
In modo sorprendente, i ricercatori hanno scoperto che mantenere fermo il tessuto fa sì che il suono venga riflesso, comportandosi come uno specchio con la luce. I test condotti hanno anche evidenziato che le proprietà meccaniche del tessuto e le dimensioni dei suoi pori influenzano l’efficienza della generazione del suono. La seta, grazie alle dimensioni più ridotte dei pori rispetto alla mussola, si è rivelata un migliore altoparlante tessile.
Quando testato in modalità di soppressione diretta, il tessuto di seta è stato in grado di ridurre il volume dei suoni fino a 65 decibel, mentre in modalità di soppressione mediata dalle vibrazioni ha ridotto la trasmissione del suono fino al 75 percento.
Prossime Direzioni e Avanzamenti Tecnologici
Questi risultati sono stati ottenuti grazie alla collaborazione di un solido gruppo di ricercatori provenienti da diverse istituzioni. In futuro, i ricercatori intendono esplorare l’utilizzo del tessuto per bloccare il suono a diverse frequenze, il che richiederà probabilmente un trattamento del segnale più complesso e l’aggiunta di componenti elettroniche.
Inoltre, si prevede di approfondire lo studio dell’architettura del tessuto per valutare come modificare elementi come il numero di fibre piezoelettriche, la direzione di cucitura o le tensioni applicate possano migliorarne le prestazioni. Come afferma Yang, “Ci sono molti parametri che possiamo regolare per rendere questo tessuto soppressore del suono davvero efficace. Vogliamo far sì che le persone pensino al controllo delle vibrazioni strutturali per sopprimere il suono. Questo è solo l’inizio.”
Riferimento: Single Layer Silk and Cotton Woven Fabrics for Acoustic Emission and Active Sound Suppression di Grace H. Yang, Jinuan Lin, Henry Cheung, Guanchun Rui, Yongyi Zhao, Latika Balachander, Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Zachary P. Smith, Lei Zhu, Chu Ma e Yoel Fink, 1 aprile 2024, Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.202313328
Questo lavoro è stato finanziato, in parte, dalla National Science Foundation (NSF), dall’Ufficio di Ricerca dell’Esercito (ARO), dall’Agenzia per la Riduzione delle Minacce della Difesa (DTRA) e dalla Wisconsin Alumni Research Foundation.
