Hvordan videnskabsmænd forvandlede et flag til en højttaler

En papirtynd, fleksibel enhed skabt ved Michigan State University kan ikke kun generere energi fra menneskelig bevægelse, den kan også fungere som højttaler og mikrofon, nanoteknologiske forskere rapporterer i 16. maj-udgaven af Naturkommunikation .

Lydgennembruddet kan i sidste ende føre til sådanne forbrugerprodukter som en sammenklappelig højttaler, en stemmeaktiveret sikkerhedspatch til computere og endda en talende avis.

"Hver teknologi starter med et gennembrud, og dette er et gennembrud for netop denne teknologi, " sagde Nelson Sepulveda, MSU lektor i elektro- og computerteknik og primær efterforsker af det føderalt finansierede projekt.

"Dette er den første transducer, der er ultratynd, fleksibel, skalerbar og tovejs, hvilket betyder, at den kan konvertere mekanisk energi til elektrisk energi og elektrisk energi til mekanisk energi."

I slutningen af ​​2016 Sepulveda og hans team demonstrerede med succes deres arklignende enhed - kendt som en ferroelektret nanogenerator, eller FENG - ved at bruge det til at drive et tastatur, LED-lys og en LCD-touchskærm. Den proces fungerede med et fingerstryg eller en let trykbevægelse for at aktivere enhederne - omdannelse af mekanisk energi til elektrisk energi.

Det nuværende gennembrud udvider FENG's anvendelighed. Forskerne opdagede, at det højteknologiske materiale kan fungere som en mikrofon (ved at fange vibrationerne fra lyd, eller mekanisk energi, og konvertere den til elektrisk energi) samt en højttaler (ved at betjene den modsatte vej:konvertere elektrisk energi til mekanisk energi).

For at demonstrere mikrofoneffekten, forskerne udviklede en FENG-sikkerhedspatch, der bruger stemmegenkendelse til at få adgang til en computer. Patchen lykkedes med at beskytte en persons computer mod eksterne brugere. "Enheden er så følsom over for vibrationerne, at den fanger frekvenskomponenterne i din stemme, "Sagde Sepulveda.

For at demonstrere højttalereffekten, FENG-stoffet blev indlejret i et MSU Spartan-flag. Musik blev ført fra en iPad gennem en forstærker og ind i flaget, som derefter gengav lyden fejlfrit. "Flaget selv blev højttaleren, " sagde Sepulveda. "Så vi kunne bruge det i fremtiden ved at tage traditionelle højttalere, som er store, omfangsrig og bruger meget strøm, og erstatte dem med denne meget fleksible, tynd, lille enhed."

Forestil dig en dag, hvor nogen kunne trække en let højttaler op af lommen, slå den mod væggen og overføre deres tale til et rum med mennesker, sagde Sepulveda.

"Eller forestil dig en avis, " han tilføjede, "hvor arkene er mikrofoner og højttalere. Du kunne i det væsentlige have en stemmeaktiveret avis, der taler tilbage til dig."

Wei Li, en MSU-ingeniørforsker og hovedforfatter af papiret i Naturkommunikation , nævnte andre potentielle anvendelser af FENG inkluderer støjreducerende lagner og et sundhedsovervågningsarmbånd, der er stemmebeskyttet.

"Mange mennesker fokuserer på syns- og berøringsaspekterne af fleksibel elektronik, "Li sagde, "men vi fokuserer også på talende og lyttende aspekter af teknologien."

Den innovative proces med at skabe FENG starter med en silikonewafer, som derefter er fremstillet med flere lag, eller tynde plader, af miljøvenlige stoffer, herunder sølv, polyimid og polypropylen ferroelektret. Ioner tilsættes, så hvert lag i enheden indeholder ladede partikler. Elektrisk energi skabes, når enheden komprimeres af menneskelig bevægelse, eller mekanisk energi.