Científicos logran descomponer el sonido como si fuera luz pasando por un prisma
Un nuevo estudio logra separar el sonido en distintas direcciones como si fuera luz, usando estructuras físicas impresas en 3D. Conoce el avance que une acústica, biología y diseño computacional.
Fuente: CharGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 16.06.2025
¿Existe el arcoíris de sonido? De eso trata este artículo y la respuesta rápida es sí. Durante una tarde lluviosa, es fácil que una persona se detenga al ver un arcoíris. Esa descomposición natural de la luz blanca en sus componentes de color nos ha fascinado desde niños. Lo que muchos no imaginan es que algo similar podría ocurrir con el sonido. ¿Cómo sería si una nota aguda “viajara” en una dirección y una grave en otra, al estilo de los colores del espectro separándose tras un prisma de vidrio? Esa posibilidad, que parece sacada de una historia futurista, acaba de ser demostrada por un equipo de investigadores.
Un nuevo estudio publicado en Science Advances por los investigadores Rasmus E. Christiansen, Efren Fernandez-Grande y Ole Sigmund muestra que es posible crear un “arcoíris acústico”, una estructura capaz de separar el sonido según su frecuencia sin emplear sistemas activos ni electrónica, solo utilizando materiales rígidos con formas precisas. En palabras del artículo, se trata de “una estructura pasiva de dispersión acústica de un solo material, diseñada sistemáticamente mediante morfogénesis computacional para convertir una señal de ruido blanco en un arcoíris acústico”.
¿Qué es un arcoíris acústico y cómo lo lograron?
Un arcoíris acústico es una estructura que descompone el sonido en sus diferentes frecuencias y las dirige en distintas direcciones espaciales. Así como un prisma separa los colores del espectro luminoso, este dispositivo hace que los sonidos agudos y graves se propaguen en diferentes ángulos. La diferencia clave es que, en lugar de trabajar con ondas electromagnéticas, actúa sobre ondas mecánicas en el aire.
El equipo utilizó una técnica conocida como morfogénesis computacional, que consiste en simular el desarrollo de formas complejas mediante algoritmos evolutivos. Gracias a ello, diseñaron estructuras impresas en 3D que manipulan cómo se propaga el sonido. Estas estructuras no contienen piezas móviles, altavoces ni sensores: son completamente pasivas, construidas con un único material rígido.
Los autores explican que “la potencia se irradia más eficientemente desde la fuente en el dispositivo en todo el rango de frecuencias objetivo que si la fuente emitiera en el espacio libre”. Esto significa que, además de redirigir el sonido, el sistema mejora la eficiencia acústica, algo que hasta ahora solo era posible con sistemas activos o resonadores complejos.
Fuente: Science Advances¿Quieres escuchar el arcoíris acústico?
Dos vídeos adicionales permiten apreciar de forma audiovisual el funcionamiento del dispositivo. En el primer vídeo, se observa al emisor de arcoíris acústico girando 360° alrededor de un observador fijo (marcado con un punto rojo), mientras se escucha el campo sonoro resultante. Las frecuencias de excitación se han reducido por un factor de 10 para hacerlas audibles por altavoces convencionales, facilitando la percepción del efecto. El sonido emitido en cada ángulo se ha codificado como un espectro de color visible, reflejando su contenido frecuencial.
El segundo vídeo muestra el mismo patrón de emisión que se presenta en la figura 2c del artículo principal, pero ahora con audio sincronizado y una línea animada que recorre los distintos ángulos de observación. A medida que esta línea avanza, se escucha el sonido que percibiría un observador colocado en esa dirección específica del campo acústico.
Inspiración en la naturaleza… y más allá
Uno de los aspectos más interesantes del estudio es que se inspira en la biología auditiva de diversos animales. El oído externo humano, los lóbulos de los murciélagos o los sistemas de ecolocación de los delfines presentan geometrías complejas que afectan cómo se recibe y emite el sonido. Estas estructuras naturales, formadas por millones de años de evolución, permiten una percepción espacial del entorno acústico.
En ese contexto, los investigadores destacan que “algunos organismos vivos utilizan el sonido para relacionarse con su entorno… el oído externo de los primates produce fenómenos de interferencia complejos que resultan en señales espaciotemporales únicas”. El nuevo dispositivo imita esta capacidad de forma artificial, pero lo hace con un diseño generado digitalmente.
Este tipo de enfoque representa un cambio de paradigma. En lugar de copiar literalmente las formas de la naturaleza, se usan algoritmos que generan nuevas soluciones eficientes adaptadas a las leyes de la física del sonido. Lo más destacado es que los dispositivos funcionan en un rango de frecuencias amplio, sin depender de resonancias específicas.
Fuente: CharGPT / E. F.Resultados experimentales: de la simulación al laboratorio
Para validar el diseño, los autores construyeron un prototipo físico de aproximadamente 10 centímetros impreso en plástico rígido. Al introducir una señal de ruido blanco, observaron cómo diferentes frecuencias eran dispersadas en distintas direcciones, generando un patrón similar al de un arcoíris.
En el experimento, “la dirección del lóbulo principal de emisión varía continuamente de -50° a +50° conforme la frecuencia pasa de 7,6 a 12,8 kHz”. Esto prueba que el sistema no solo funciona teóricamente, sino también en condiciones reales.
Además, el análisis muestra que la eficiencia energética del sistema supera el 100 % en términos relativos: emite más potencia en la dirección deseada que si no hubiera estructura alguna. Esta característica, descrita como “eficiencia por encima de la unidad”, es posible porque el dispositivo actúa como una antena acústica, mejorando la coincidencia de impedancia entre la fuente y el aire.
Fuente: Science AdvancesUn segundo diseño: el divisor lambda
Además del arcoíris acústico, el equipo desarrolló otro dispositivo llamado divisor lambda, que separa dos bandas de frecuencia y las envía en direcciones opuestas: una hacia +35° y la otra hacia -35°. Esto representa una nueva forma de controlar el sonido en espacios abiertos.
El divisor lambda también se diseñó mediante morfogénesis computacional y mostró una gran precisión. Más del 88 % de la energía en la banda baja y el 82 % en la banda alta se canalizan hacia la dirección prevista. Esto demuestra que es posible diseñar estructuras acústicas capaces de filtrar y direccionar señales sonoras sin electrónica, lo que abre un sinfín de aplicaciones tecnológicas.
Los autores resaltan que estas estructuras podrían usarse “en disciplinas relacionadas con la emisión y recepción de campos ondulatorios”. Esto incluye desde la acústica arquitectónica hasta dispositivos de audio, pasando por sensores o tecnologías de realidad aumentada.
¿Por qué esto importa?
Lo verdaderamente revolucionario de este trabajo no es solo el diseño en sí, sino la filosofía detrás del método. Utilizar algoritmos de optimización topológica permite crear soluciones que un diseñador humano difícilmente imaginaría. La idea de que una estructura sólida pueda separar el sonido de manera eficiente, sin usar energía, marca un cambio profundo en cómo entendemos la manipulación acústica.
Además, las estructuras pueden adaptarse a distintos tamaños y frecuencias. En teoría, una versión miniaturizada podría funcionar en dispositivos móviles, mientras que versiones más grandes servirían en auditorios, estudios de grabación o sistemas de vigilancia.
Finalmente, este avance conecta ciencia, tecnología y diseño de una forma poderosa. Contribuye a comprender cómo funciona el sonido en la naturaleza y cómo podemos replicar —e incluso mejorar— esas estrategias en el mundo artificial.
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Referencias
Rasmus E. Christiansen, Efren Fernandez-Grande, Ole Sigmund. Morphogenesis of sound creates acoustic rainbows. Science Advances, vol. 11, eads7497, 11 de junio de 2025. DOI: 10.1126/sciadv.ads7497.
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