Prova a urlare sott’acqua. Non solo è difficile produrre il suono, ma chi sta fuori dall’acqua non sentirà praticamente nulla. Il motivo è semplice: il suono viaggia in modo completamente diverso in mezzi con densità diverse. La barriera tra aria e acqua ha un’impedenza acustica così alta che la maggior parte delle onde sonore rimbalza indietro invece di attraversarla. Il 99,9% dell’energia sonora viene persa. Hesam Bakhtiary Yekta, dottorando della Rutgers University, ha progettato un metamateriale acustico che potrebbe cambiare le cose.
Il suo dispositivo è stato presentato al Sesto Incontro Congiunto della Società Acustica d’America e della Società Acustica del Giappone, che finisce proprio oggi ad Honolulu (dal 1° al 5 dicembre 2025). Come è fatto? Tre lastre parallele di alluminio separate da “nervature” d’acciaio che funzionano come pilastri. Posizionato all’interfaccia aria-acqua, il metamateriale passa le vibrazioni attraverso la sua struttura, aiutando a trasferire l’energia tra i due mezzi.
Metamateriale acustico, la semplicità come vantaggio
“Uno dei motivi per cui il nostro design si distingue dagli altri è la sua semplicità”, spiega Bakhtiary Yekta. La struttura è fatta di materiali comuni e facilmente reperibili. L’alluminio per le lastre, l’acciaio per le nervature che tengono insieme tutto e definiscono il comportamento acustico e risonante del sistema. Non servono elettroniche complesse, alimentazione o componenti costosi. È un sistema passivo che sfrutta solo la fisica della risonanza.
A differenza dei metamateriali acustici sviluppati in passato per bloccare il suono mantenendo il flusso d’aria, questo lavora al contrario. Non vuole fermare le onde sonore, ma farle passare dove normalmente non passerebbero. Il problema dell’impedenza acustica tra aria e acqua è noto da sempre: è la stessa ragione per cui i sonar funzionano male vicino alla superficie e perché le balene non possono sentire i rumori degli aerei.
Il metamateriale acustico progettato da Bakhtiary Yekta è stato simulato al computer e i risultati teorici sono promettenti. La struttura è progettata per risuonare a frequenze specifiche, consentendo al suono di passare dall’acqua all’aria con perdite minime.
Il brevetto provvisorio è già stato depositato: il prossimo passo sarà verificare sperimentalmente i risultati delle simulazioni.
Robot subacquei che parlano con i droni
L’applicazione principale che Bakhtiary Yekta ha in mente riguarda la comunicazione tra veicoli subacquei e aerei. Un robot sott’acqua potrebbe inviare un segnale acustico a una frequenza specifica verso la struttura, che è progettata per risuonare proprio a quella frequenza. Il suono passa dall’acqua all’aria e un drone in volo potrebbe riceverlo. Senza cavi, senza boe, senza sistemi complessi di trasmissione ibrida.
Oggi i sistemi di comunicazione sottomarina si basano principalmente su modem acustici. Il mercato globale di questi dispositivi ha raggiunto 727,3 milioni di dollari nel 2024 e si prevede crescerà del 7,7% annuo fino al 2034. Ma i modem acustici funzionano bene solo sott’acqua. Per comunicare con veicoli in superficie o nell’aria servono sistemi ibridi costosi e spesso poco affidabili. Il metamateriale di Bakhtiary Yekta potrebbe offrire una soluzione elegante e passiva.
La Marina Militare italiana, attraverso il Polo Nazionale della Dimensione Subacquea di La Spezia, sta investendo pesantemente su tecnologie per la comunicazione tra sciami di droni subacquei, di superficie e aerei. Uno dei problemi più complessi è proprio l’integrazione dei sistemi di comunicazione commerciali con quelli classificati NATO. Un dispositivo passivo come questo potrebbe semplificare l’architettura dei sistemi.
Dalla simulazione alla realtà
Bakhtiary Yekta ha già depositato un brevetto provvisorio per il suo metamateriale.
“Il mio prossimo obiettivo è continuare a sviluppare il brevetto ed esplorare la possibilità di condurre un esperimento per verificare i nostri risultati di simulazione e teorici”
Non è una strada semplice. Passare dalle equazioni matematiche e dalle simulazioni al computer a un prototipo fisico funzionante richiede risorse, tempo e una serie di test in condizioni reali.
La ricerca sui metamateriali acustici per ambienti acquatici è un campo in rapida espansione. Un programma quinquennale sponsorizzato dall’Office of Naval Research statunitense coinvolge MIT, Berkeley, Rutgers University, Duke University e l’Università del Texas ad Austin. L’obiettivo è sviluppare nuovi concetti per strutture metamateriali con parametri efficaci che possano essere fabbricati nel mondo reale. Una delle priorità è proprio lo sviluppo di metamateriali che funzionino in ambienti acquatici.
Il lavoro di Bakhtiary Yekta si inserisce in questo contesto più ampio. La sua soluzione potrebbe non essere l’unica, ma ha il pregio della semplicità. Tre lastre di alluminio e alcune nervature d’acciaio. Niente elettronica, niente alimentazione, niente parti mobili. Un ponte acustico passivo tra due mondi che normalmente non si parlano. Resta da vedere se funzionerà fuori dal computer. Ma l’idea è solida.
Quando e come ci cambierà la vita
La tecnologia potrebbe arrivare nei sistemi di sorveglianza marina e nei droni commerciali entro 5-7 anni. Le applicazioni pratiche includono il monitoraggio delle infrastrutture sottomarine (gasdotti, cavi), la ricerca oceanografica e il coordinamento tra veicoli autonomi in ambienti ibridi.
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