En 1880 los hermanos Curie descubrieron el efecto piezoléctrico e inventaron un instrumento para medir señales eléctricas muy pequeñas. 150 años después, investigadores del MIT han recurrido a ese efecto para inventar un tejido que suprime el ruido.

Pierre Curie nunca llegó a oír hablar de la contaminación sonora provocada por el tráfico -de hecho, falleció en 1906 arrollado por un carro de caballos-; tampoco de equipos de alta fidelidad equipados con potentes altavoces ni de cascos auriculares; y mucho menos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), fundada en 1948, casi medio siglo después de su muerte. Y sin embargo…

….Y sin embargo, en la actualidad, y al menos en las grandes urbes, vivimos inmersos en un estruendoso océano de ruidos y sonidos artificiales ininterrumpidos -en gran medida por el incesante e intenso tráfico-. Hasta el extremo de que la OMS ha catalogado esta permanente contaminación sonora como un riesgo para la salud púbica.

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Una contaminación sonora que ha impulsado la investigación en aras de desarrollar sistemas y tecnologías para suprimir o al menos controlar el exceso de ruido. Unas soluciones que se adscriben a dos categorías o tipos: la reducción de ruido activa y la pasiva. 

Las primeras ejercen su acción produciendo una onda sonora que interfiere de forma destructiva con el sonido que se pretende eliminar, a fin de que ambos se anulen entre sí. Pero, al menos de momento, esta tecnología solo es aplicable en espacios o volúmenes muy reducidos como, por ejemplo, en el interior del oído, aplicada en tapones o cascos aislantes.

Por su parte, las soluciones basadas en la reducción sonora pasiva actúan bloqueando el paso de las ondas sonoras con barreras físicas constituidas por materiales fonoabsorbentes o con gran impedancia acústica; y son las que se emplean para suprimir sonidos en espacios más grandes como pueden ser habitaciones (insonorizadas); para evitar que entre el sonido exterior o para impedir que salga el sonido producido en su interior. En este caso la principal limitación radica en la naturaleza de los materiales empleados o, mejor dicho, en la ausencia de un material que sea compacto, ligero y flexible. Un ejemplo de esto es una oficina de una empresa cualquiera, con el personal ocupando la misma estancia, cada uno en su habitáculo, definido por unos tabiques que no logran mitigar el ruido del resto de cabinas. Algo para lo cual harían falta paredes más gruesas -con la perdida de espacio y el mayor coste que eso conlleva.

Un nuevo tejido

Con esto en mente, investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado una nueva tecnología que apunta un gran potencial: un tejido que puede ejercer su acción de forma activa y pasiva. Por lo que se puede aplicar en espacios muy reducidos, como el recubrimiento de unos tapones o cascos auriculares. Y, asimismo, supera la principal limitación de las soluciones pasivas, al permitir crear barreras sonoras mucho más compactas, flexibles, adaptables a distintos entornos y además estéticas, a modo de cortinas.

Cortesía de los investigadores

La clave es que el tejido cuenta en su interior con una fibra piezoeléctrica. Y aquí es donde entra en escena Pierre Curie, quien, junto a su hermano mayor Jacques y con solo 20 años, descubrió, en 1880, el efecto piezoeléctrico: esto es, la existencia de materiales (cristales con asimetrías en su estructura, materiales cerámicos…) que, sometidos a estrés mecánico -al ser estirados, comprimidos o tensionados de alguna forma-, se polarizan eléctricamente, lo que da lugar a un movimiento de cargas, y por tanto producen una débil señal eléctrica. 

Apenas cinco años más tarde, 1885, los hermanos Curie inventaban el electrómetro piezoeléctrico de cuarzo: un instrumento de laboratorio que permitía detectar y medir señales eléctricas muy débiles (algo de lo que se valdría años después el propio Pierre junto con su esposa Marie en sus estudios sobre la recién descubierta radioactividad).

El aparato inventado por los hermanos Curie y que ellos bautizaron simplemente como 'balanza de cuarzo piezoléctrico' -ya que en realidad no es un electrómetro, sino que se conecta a uno- constaba de una lámina de cuarzo (el cristal piezoeléctrico) recubierta con una funda de metal conectada a un cable conductor y suspendida por un hilo de la parte superior del soporte. Y con un platillo de balanza colgando en su parte inferior: cuando se colocaba o se retiraba un peso del platillo, la lámina de cuarzo se estiraba y se comprimía, lo que generaba una diferencia de potencial eléctrico que era transmitida por el metal y el cable para su medición.

Un año después, en 1886, el matemático Gabriel Lippman teorizaba la existencia de un efecto piezoeléctrico inverso, esto es, que la aplicación de una corriente eléctrica en un material piezoeléctrico producía una deformación en este. Un efecto que los hermanos Curie confirmaron experimentalmente. Y un efecto que es el que aplica el tejido desarrollado en el MIT.

Cómo funciona el tejido piezoléctrico inventado en el MIT

La aplicación de una sucesión de pulsos eléctricos provoca que la fibra se comprima y se estire alternativamente, una deformación que produce una vibración y, con ello, una onda sonora que interfiere de forma destructiva con el ruido. Una reducción activa aplicable en cascos auriculares recubiertos con el tejido. 

Más sutil es la forma de alcanzar una reducción sonora en estancias grandes: el sonido es una onda material que se transmite haciendo vibrar los átomos o moléculas del medio que atraviesa. Así, cuando dicha onda alcanza una cortina, las moléculas del tejido vibran y la onda sonora puede atravesarla y seguir avanzando. La solución planteada es fabricar cortinas con el tejido piezoeléctrico y aplicar una señal eléctrica adecuada para hacer vibrar la cortina de tal modo que este movimiento contrarreste el producido por la onda sonora. Con ello se logra que ambas vibraciones se anulen entre sí y que la cortina (sus moléculas) permanezca inmóvil y no transmita la onda sonora.

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