Metamateriale antice, pelerine de invizibilitate seismica

Romanii antici au construit structuri care actionau ca mantii de invizibilitate seismica cu mult inainte ca fizicienii sa aiba vreo idee despre metamateriale sau despre optica de transformare.

Aceasta este afirmatia surprinzatoare din partea cercetatorilor francezi, care au descoperit ca tiparul fundatiilor din unele teatre si amfiteatre romane seamana foarte mult cu caracteristicile dispozitivelor electromagnetice de protectie seismica.

Ei spun ca aceste „metamateriale antice” ar fi putut asigura in mod indirect protectie impotriva cutremurelor, prin devierea undelor seismice in jurul arenelor.

Ce sunt de fapt aceste metamateriale?

Metamaterialele sunt structuri artificiale care cuprind suprafete rezonatoare ce manipuleaza undele electromagnetice sau sunetul in moduri care nu se gasesc in natura.

Un cadru matematic numit optica de transformare a fost dezvoltat pentru a proiecta noi dispozitive realizate din metamateriale – inclusiv pelerine de invizibilitate care redirectioneaza microundele obiectelor rotunde.

O aplicatie potentiala a metamaterialelor este crearea de structuri care redirectioneaza undele seismice in jurul cladirilor pentru a le proteja de cutremure. Ideea este de a inconjura o cladire cu o retea de gauri sau obiecte solide sapate in sol.

Cand undele seismice dintr-un anumit interval de lungimi de unda trec prin aceasta retea, multiplele reflexii interfereaza reciproc intr-un mod distructiv pentru a crea un decalaj de banda, care are ca rezultat o reducere semnificativa a scuturarii cladirii.

Stéphane Brûlé si inginerii civili de la compania Ménard din Lyon, impreuna cu cercetatorii de la Institutul Fresnel din Marsilia, au demonstrat aceasta idee in 2012, cand au realizat o suprafata bidimensionala de gauri in solul superior, fiecare cu o adancime de 5 m.

Prin generarea undelor acustice, folosind o sursa din apropiere, au descoperit ca o mare parte din energia acestor unde a fost reflectata inapoi catre sursa de primele doua randuri de gauri.

O asemanare ciudata

Brûlé considera ca vechii romani ar putea fi primii care au descoperit aceste lucruri – poate chiar fara sa stie.

Acesta se afla in vacanta, uitandu-se la ramasitele arheologice din orasul Autun, in centrul Frantei, cand a observat la un moment dat o fotografie ce arata fundatia unui teatru galo-roman ingropat sub un camp chiar pe drum.

Desi abia sesizabile, marcajele din situl arheologic aratau conturul unei cladiri din secolul I d.Hr. Brûlé a descoperit ca structura semicirculara avea o asemanare izbitoare cu jumatate dintr-o pelerina de invizibilitate.

Acest lucru a fost confirmat de o fotografie dintr-un studiu arheologic efectuat cu cativa ani mai devreme, care a cartografiat bazele teatrului cu o claritate mult mai mare.

Suprapunand acea fotografie si una dintr-o mantie de invizibilitate cu diametrul de 20 cm construita de Brûlé si colegii de la Institutul Fresnel, el a descoperit ca stalpii teatrului si elementele pelerinei erau aliniate aproape exact.

Brûlé a descoperit ulterior ca acelasi lucru s-a aplicat si la fundatia Colesseumului din Roma si la alte amfiteatre – care, spre deosebire de teatrele semicirculare, sunt complet inchise.

Experienta sau doar noroc?

In ceea ce priveste modul in care romanii ar fi putut ajunge la acest design, Brûlé sugereaza ca este posibil ca acestia sa-si fi modificat treptat amfiteatrele datorita experientei dobandite de-a lungul mai multor secole in zone extrem de seismice.

Dar el este reticent in a oferi mai multe detalii. Spune ca ar fi putut fi pur si simplu si o chestiune de noroc – fundatiile bine potrivite pentru sarcinile statice au actionat si ca niste metamateriale si au rezistat la cutremure.

Sébastien Guenneau de la Institutul Fresnel a efectuat simulari pe computer pentru a testa ideea, insa complexitatea solului real si influenta acestuia asupra propagarii undelor seismice denota ca experimentele pe teren sunt esentiale.

El spera sa construiasca un model format din stalpi de beton ingropati, dispusi in elipse concentrice caracteristice, cu un diametru exterior de cel putin 20 m. Aceasta scala, explica el, ar fi potrivita pentru undele seismice (cu lungime de unda scurta) care se propaga in solurile moi.

Un alt grup francez, condus de Philippe Roux la Institutul de Stiinte ale Pamantului ISTerre din Grenoble, aplica, de asemenea, optica de transformare structurilor supraterane.

De exemplu, a aratat ca padurile pot actiona ca metamateriale, datorita faptului ca arborii cu o anumita distributie a inaltimilor pot devia o parte din energia undelor seismice departe de suprafata Pamantului.

Metamateriale metropolitane

Cercetatorii aplica aceasta gandire si in orasele viitorului, studiind modul in care grupurile dense de cladiri inalte, precum zgarie-norii, pot actiona in mod colectiv ca metamateriale.

Ideea, spune Brûlé, este ca acele cladiri modifica undele seismice si actioneaza ca surse secundare care redirectioneaza o parte din energia seismica initiala.

In viitor, considera el, orasele inteligente ar putea fi construite astfel incat cladirile sa devieze undele seismice departe de zonele centrale care contin servicii esentiale sau scoli. Mai mult, s-ar putea chiar exploata o parte din energia undelor pentru a se produce electricitate.

Oamenii de stiinta si inginerii, spune el, ar trebui sa „arunce o privire mai atenta asupra arhitecturilor antice si sa invete din aceste modele frumoase si uimitor de rezistente”.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: physicsworld.com, resonancescience.org.

Foto: Bengt Nyman/CC BY 2.0, Willie Padilla, Duke University.

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.