Il rumore eccessivo colpisce soprattutto chi vive in città o in luoghi con tanto traffico e industrie. L’inquinamento acustico può provocare danni alla salute, dalla perdita dell’udito a problemi cardiovascolari. Per questo motivo un gruppo di ricercatori ha sviluppato un nuovo materiale isolante capace di assorbire sia le frequenze alte che quelle basse delle onde sonore. La scoperta si basa sulle caratteristiche della pelle e delle piume del gufo, noto per il volo praticamente silenzioso. Ecco come questo materiale potrebbe cambiare il modo di ridurre il rumore in auto e impianti industriali.
I rischi legati all’inquinamento acustico per la salute
L’inquinamento acustico non è solo un fastidio che disturba la concentrazione o il sonno. Studi medici evidenziano come l’esposizione prolungata a rumori forti possa causare danni irreversibili all’udito. Oltre a questo, effetti meno immediati ma altrettanto gravi riguardano il sistema cardiovascolare e il metabolismo. Malattie come ipertensione, infarti e diabete di tipo 2 risultano più frequenti tra chi vive in ambienti molto rumorosi. L’Organizzazione mondiale della sanità definisce il rumore eccessivo un problema ambientale rilevante, capace di compromettere la qualità della vita. Per evitare questi rischi, quando non sia possibile eliminare la fonte di rumore, si fa ricorso a materiali isolanti che attenuino le onde sonore.
La sfida è che i materiali ad oggi disponibili funzionano bene solo con un tipo di frequenza sonora alla volta e con risultati limitati. Questo significa che spesso si devono sovrapporre più strati o usare prodotti spessi e pesanti, poco pratici per applicazioni come le automobili o macchine industriali.
I limiti degli isolanti acustici tradizionali
Le soluzioni più diffuse per mettere a tacere il rumore sfruttano materiali in grado di assorbire solo suoni di frequenze o alte o basse. Per esempio, una gomma o una schiuma soffice possono eliminare rumori acuti, come il cigolio dei freni o certi tipi di vibrazioni fastidiose. Al contrario, altri composti si occupano di annullare frequenze più basse, come il ronzio dei motori. Il problema nasce dal fatto che questi materiali “monostrutturali” non sono adatti a gestire un ampio spettro di suoni.
Per ottenere una riduzione più efficace i tecnici sovrappongono materiali diversi. Questo doppio o triplo strato migliora l’assorbimento complessivo, ma produce strati più spessi e più pesanti, rendendo il prodotto poco adatto a settori in cui il peso e lo spazio sono critici. Ad esempio nel settore automobilistico dove l’ingombro e il peso dei materiali isolanti impattano sui consumi di carburante.
Le caratteristiche di materiali monostrutturali rappresentano quindi un vincolo ingombrante per chi cerca soluzioni compatte e leggere, capaci di schermare rumori diversi senza aggiungere massa o spessore.
Il nuovo aerogel bio-ispirato al volo del gufo
Per superare questi limiti, i ricercatori dell’università di Tiangong hanno osservato il gufo, un animale capace di volare silenziosamente grazie a una combinazione unica di pelle porosa e piume morbide. Questa struttura naturale smorza le onde sonore ad alta e bassa frequenza.
Basandosi su questa ispirazione, hanno creato un aerogel formato da due strati. Il primo strato ricostruisce in modo artificiale la pelle porosa di questo rapace. I ricercatori hanno utilizzato goccioline di esano congelate all’interno di un materiale soffice. Queste goccioline, solidificate, sono state poi rimosse lasciando in quel punto vuoti microscopici. Il risultato è una trama simile a un “nido d’ape” che intrappola le onde sonore a bassa frequenza, bloccandole e impedendo la loro diffusione.
Struttura del secondo strato
Lo strato superiore è stato realizzato per imitare invece le piume morbide del gufo. In questo caso il materiale è stato riempito con nanofibre di silicio, organizzate per formare fibre sottili e fitte, proprio come una piuma. Questo strato cattura invece suoni ad alta frequenza.
Il risultato finale è un aerogel leggero e poroso che coniuga due sistemi di assorbimento in un unico materiale. Questa soluzione elimina la necessità di sovrapporre materiali diversi e crea un rivestimento compatto ed efficace nel bloccare rumori a spettro completo.
Le performance dell’aerogel e possibili applicazioni
Nelle prove il nuovo aerogel ha assorbito fino al 58% delle onde sonore che lo hanno colpito, valore superiore a quello richiesto per materiali efficaci nel controllo del rumore. Nel test sui rumori di un motore automobilistico ha ridotto 87,5 decibel a circa 78,6, col rumore che scende quindi sotto la soglia ritenuta sicura per l’udito umano.
Il materiale ha dimostrato inoltre una buona resistenza meccanica. Dopo cento cicli di compressione ha mantenuto la forma originale con soltanto il 5% di deformazione. Questo significa che l’aerogel può sopportare le sollecitazioni tipiche di ambienti industriali o automobilistici senza perdere efficacia.
I ricercatori ritengono che questo studio possa aprire la strada a isolanti acustici più compatti, leggeri e durevoli, specialmente per le applicazioni nel traffico stradale e nelle attrezzature industriali. Questi ambienti, per loro natura rumorosi, beneficerebbero di materiali capaci di ridurre l’inquinamento acustico senza aggiungere peso o ingombro eccessivi.
L’uso di un materiale bio-ispirato rappresenta un esempio concreto di come l’osservazione della natura possa guidare soluzioni alternative, più funzionali e sostenibili rispetto a quello che i materiali tradizionali sono in grado di offrire.
“Il volo silenzioso del gufo ha ispirato una svolta tecnologica nell’isolamento acustico”, sottolineano i ricercatori.
