El micrófono detecta turbulencias a cientos de millas de distancia

Spinoff es la publicación anual de la NASA que presenta tecnología de la NASA comercializada con éxito. Esta comercialización ha contribuido al desarrollo de productos y servicios en los campos de la salud y la medicina, bienes de consumo, transporte, seguridad pública, tecnología informática y recursos ambientales.

Todo en la atmósfera puede emitir un sonido (los volcanes retumban y las cascadas se estrellan), pero hay más en ese sonido de lo que perciben nuestros oídos. Al igual que la luz infrarroja consiste en frecuencias que no son visibles a simple vista, hay un audio analógico llamado infrasonido que consiste en tonos demasiado bajos (0,001 a 20 hercios) para ser escuchados por el oído humano.

La turbulencia repentina que a veces se experimenta al volar se denomina turbulencia en aire despejado, llamada así porque no hay nubes visibles ni características atmosféricas que adviertan de la perturbación. El aire invisible turbulento aparentemente puede surgir de la nada y causar estragos en los aviones.

Aunque no se detecta fácilmente visualmente, la turbulencia en aire claro tiene una firma de infrasonido definida. Los investigadores Qamar Shams y Allan Zuckerwar del Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, VA, se dieron cuenta de que si los controladores de tráfico aéreo o los pilotos pudieran escuchar estos vórtices antes de que los aviones los encuentren, se podría trazar una ruta alternativa.

Sus experimentos comenzaron en 2007, pero las pruebas iniciales les mostraron que no podían tomar cualquier micrófono estándar y esperar que funcionara con infrasonidos. Las frecuencias de onda larga se ven superadas por los sonidos de mayor frecuencia, lo que provoca interferencias.

La pareja comenzó a desarrollar algo que pudiera escuchar estas bajas frecuencias en alta fidelidad. Los micrófonos usan un diafragma móvil para captar el audio donde las ondas de sonido hacen que la superficie vibre. Los investigadores utilizaron un diafragma de baja tensión con un radio amplio emparejado con una gran cámara de aire sellada detrás para permitir que el micrófono escuche estas ondas de sonido ultra bajas que viajan grandes distancias. Los micrófonos infrasónicos son fabricados por PCB Piezotronics de Depew, NY bajo contrato con Langley.

Con el sensor terminado, comenzaron las pruebas. Cuando los micrófonos se colocaron en un patrón triangular equidistante alrededor de la pista de aterrizaje de Langley, pudieron captar y localizar la turbulencia atmosférica a más de 300 millas de distancia.

Para 2017, la tecnología ganó el premio a la invención comercial del año de la NASA, se probó en tierra para el Departamento de Defensa y se investigó en los Laboratorios Nacionales Sandia para validar su rendimiento, pero no había volado a bordo de ningún avión. El interés en la detección de turbulencias de Stratodynamics Lewes, DE, pronto cambiaría eso.

Stratodynamics se dio cuenta de que el sistema de micrófono tenía un potencial significativo como sensor de detección de turbulencias en vuelo y buscó oportunidades para probar la tecnología. Después de obtener la licencia de las patentes de la NASA, la empresa comenzó a implementar el sensor en un planeador estratosférico no tripulado conocido como HiDRON.

Stratodynamics ha elevado su planeador HiDRON lanzado desde un globo a alturas de más de 100,000 pies, desde donde lentamente regresa a la Tierra. Con la ayuda del micrófono de infrasonidos y la sonda de viento, el UAV mide la intensidad de la turbulencia en su camino a distancia y posiblemente detecte columnas térmicas para mantener el avión navegando por más tiempo. Actualmente, se está trabajando más para diseñar los algoritmos necesarios para comprender la intensidad y el rango de la firma turbulenta.

Los investigadores esperan que los datos proporcionados por el micrófono infrasónico se vuelvan omnipresentes para detectar y pronosticar turbulencias, tomar decisiones de control de tráfico aéreo y planificar rutas de aviación.

Lea esta historia y otros productos derivados de la NASA en NASA.gov .