sábado, julho 16, 2011

Ouvido de orca inspira microfone submarino ultra-sensível

Microfone submarino ultra-sensível é inspirado em ouvidos de orca


O complexo aparato, incluindo a nanomembrana e o leitor a laser, é inteiramente acondicionado em um dispositivo pouco maior do que uma caneta. [Imagem: Stanford]Ouvindo o oceano
Seja para explorar o fundo do mar por interesse científico ou, de forma mais prática, para a mineração submarina, são necessários meios de mapear essas profundezas.

E, quando se trata de explorar os oceanos, ouvir é muito mais importante do que ver.
O sonar - o uso do som para localizar e mapear - é fundamental para a comunicação e a exploração subaquática. Os sinais de rádio, por exemplo, não viajam mais do que um centímetro ou dois antes de se dissipar na água do mar, e a luz não consegue penetrar nas profundezas abaixo de cerca de 100 metros.
O espalhamento e a reflexão das ondas sonoras podem revelar informações importantes para a elaboração dos mapas oceânicos, para o estudo dos animais marinhos e, entre outros, para guiar robôs submarinos.

Hidrofones

Enquanto os animais marinhos já nascem com ouvidos adaptados para seu ambiente, os microfones para ambientes aquáticos - os chamados hidrofones - precisam ser aprimorados passo a passo.
Para pegar um atalho, pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, decidiram inspirar-se no ouvido das orcas para construir um microfone submarino de melhor qualidade.
O resultado não decepcionou. O novo hidrofone consegue capturar uma vastíssima gama de sons do oceano, desde o equivalente a um cochicho dentro de uma biblioteca até uma explosão de uma tonelada de dinamite a 60 metros de distância - uma faixa de aproximadamente 160 decibéis.
E a precisão, segundo os pesquisadores, mantêm-se em qualquer profundidade, mesmo nas pressões esmagadoras das profundezas oceânicas.
O hidrofone também consegue ouvir frequências de som ao longo de 17 oitavas, desde um surdo de baixíssima frequência até zunidos extremamente agudos.
Os microfones subaquáticos atuais têm faixas de sensibilidade muito mais limitadas e não têm bom desempenho em grandes profundidades.

Diafragma do microfone

A chave para o desenvolvimento do novo microfone foi a observação do sistema auditivo dos animais marinhos, particularmente das orcas.
"As orcas tiveram milhões de anos para otimizar o seu sonar," afirma Onur Kilic, um dos desenvolvedores do novo microfone. "Elas podem detectar os sons ao longo de uma faixa enorme de frequências e era isso o que queríamos fazer."
Um microfone detecta os sons por meio de uma membrana - ou diafragma - que vibra em resposta à pressão das ondas de som que a atingem - ou seja, o diafragma "lê" as variações de pressão induzidas pelas ondas sonoras.
Como a pressão do ar na superfície da Terra é relativamente constante, os microfones tradicionais não precisam levar em conta variações na pressão do ar, a chamada pressão de background, podendo se concentrar na pressão das ondas sonoras que precisa captar.
Mas, no oceano, a cada 10 metros que se desce abaixo da superfície, a pressão da água aumenta o equivalente a 1 atmosfera.
O ponto mais profundo do planeta, na Fossa das Marianas, no Pacífico Sul, fica cerca de 11.000 metros abaixo do nível do mar - nessa profundidade, a pressão equivale aproximadamente a 1.100 vezes a pressão do ar na superfície da Terra.
"A única maneira de fazer um sensor capaz de detectar variações muito pequenas na pressão contra a imensa gama de pressões de background é encher o sensor com água", disse Kilic. Isso equilibra a pressão nos dois lados da membrana, qualquer que seja a profundidade.

Nano-membrana

Mesmo para lidar com as altíssimas pressões do fundo do oceano, o diafragma do novo hidrofone tem apenas 500 nanômetros de espessura - 25 vezes mais fino do que o material de uma sacola plástica.
Contudo, sua superfície é coberta por uma malha de nanofuros, que permitem que a água flua livremente de um lado para o outro.
Como é praticamente impossível comprimir a água, a membrana se move muito pouco em resposta aos sons. Para medir esses movimentos delicados, os pesquisadores usaram um sistema de raio laser, levado até o diafragma por uma fibra óptica.
Com dimensões próximas ao comprimento de onda da luz do laser, os nanofuros interferem na propagação da luz, tornando a membrana uma espécie de espelho, que envia a luz do laser de volta à fibra óptica.
Quando o diafragma é ligeiramente deformado por uma onda sonora, a intensidade da luz refletida de volta para a fibra óptica é alterada, onde ela é medida com um detector óptico.
Isso deu ao microfone a sensibilidade e a capacidade de funcionar em qualquer profundidade. Para torná-lo capaz de abranger uma grande gama de frequências, em vez de usar um diafragama, os pesquisadores usaram três.
Dando a cada um deles um diâmetro diferente, eles ajustaram cada diafragma para maximizar a sua sensibilidade para uma parte diferente da gama de volumes que queriam detectar.

fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/07/2011

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