Прозрачные репродукторы и микрофоны, которые позволяют вашей коже воспроизводить звуки

18 сентября 2018



Международная команда исследователей, работающая на базе южно-корейского Национального института науки и технологий Ульсана (Ulsan National Institute of Science and Technology — UNIST), представила инновационную wearable-технологию (носимая технология), которая превратит вашу кожу в громкоговоритель.

Ультратонкие, проводящие и прозрачные гибридные наномембраны UNIST могут использоваться для изготовления адаптируемых к коже наномембранных репродукторов и микрофонов для распознавания голоса, приборы незаметны из-за их превосходной прозрачности и конформных возможностей контакта с кожей.

Этот прорыв возглавил профессор Хенхюб Ко в Школе энергетики и химической инженерии в UNIST. Созданная частично для решения проблем слуха и речи, новая технология в дальнейшем может быть использована для таких потенциальных применений, как создание носимых датчиков IoT (Internet of Things — Интернет вещей — объединение в сеть любых устройств, путем использования специального программного обеспечения и датчиков, взаимодействующих друг с другом, которые будут способны получать информацию и обмениваться ею) и сверхтонких медицинских устройств для контроля за здоровьем.

В процессе своей работы исследовательская группа создала ультратонкие, высоко прозрачные и проводящие гибридные наномембраны с наноразмерной толщиной, состоящие из ортогональной серебряной нанопроволочной матрицы, встроенной в полимерную матрицу. Затем они продемонстрировали свою наномембрану, превратив ее в громкоговоритель, который может быть прикреплен практически к чему угодно, что может производить звуки. Исследователи также представили аналогичное устройство, действующее как микрофон, который можно подключить к смартфонам и компьютерам, чтобы производить голосовую разблокировку их систем безопасности.

Наномембраны представляют собой молекулярно-тонкие слои, имеющие наноразмерную толщину. Полимерные наномембраны привлекли к себе особое внимание ученых благодаря наличию таких выдающихся свойств, как экстремальная гибкость, сверхлегкий вес и отличная адгезия. Данные характеристики позволяют наномембранам без проблем прикрепиться к любым поверхностям. Однако они легко разрываются и не обладают электрической проводимостью. Исследовательская группа UNIST решила эти проблемы, путем внедрения в наномембрану на основе полимера серебряной нанопроволочной сетки. Это позволило создать громкоговоритель и микрофон, которые и незаметны, и отлично прикрепляются к коже.

«Наши ультратонкие, прозрачные и проводящие гибридные наномембраны обеспечивают конформный контакт с криволинейными и динамическими поверхностями без каких-либо трещин или разломов», — говорит первый автор исследования Сайвон Кан в доктриральной программе «Энергетика и химия» в UNIST. «Эти слои способны обнаруживать звуки и голосовые вибрации, создаваемые сигналами трибоэлектрического напряжения, соответствующими звукам, которые могут быть дополнительно изучены для различных потенциальных приложений, таких как устройства ввода/вывода звука», — добавляет ученый.

Используя гибридные наномембраны, исследовательская группа изготовила прикрепляемые к коже нано-динамики и нано-микрофоны, которые ненавязчивы по внешнему виду из-за их превосходной прозрачности и обладают конформными возможностями контакта. Эти носимые динамики и микрофоны тонкие как бумага, но, несмотря на это, они способны качественно воспроизводить звуковые сигналы. «Самым большим прорывом в наших исследованиях является разработка сверхтонких, прозрачных и проводящих гибридных наномембран с наноразмерной толщиной менее 100 нанометров», — говорит профессор Ко. «Эти выдающиеся оптические, электрические и механические свойства наномебран позволяют продемонстрировать совместимые с кожей и незаметные громкоговорители и микрофоны».

Прикрепляемые к коже наномембранные репродукторы работают посредством испускания термоакустического звука, вызываемого колебаниями температуры окружающего воздуха. Индуцируют эти колебания температуры периодический электрический нагрев, возникающий при прохождении электрического тока через проводник, что ведет к выработке тепла. Этот механизм работы идеально подходит для того, чтобы использоваться для создания растяжимого, прозрачного и совместимого с кожей громкоговорителя.

Носимые микрофоны — это датчики, прикрепленные к шее говорящего, настолько чувствительны, что способны ощущать вибрацию голосовых связок. Этот датчик работает путем преобразования силы трения, создаваемой колебанием прозрачного проводящего нановолокна, в электрическую энергию. Для работы микрофона гибридная наномембрана вставлена между эластичными пленками с крошечными узорами, чтобы точно определить звук и вибрацию голосовых связок на основе трибоэлектрического напряжения, возникающего в результате контакта с упругими пленками. «Для коммерческих применений механическая прочность наномебран и производительность громкоговорителей и микрофона должны быть улучшены», — говорит профессор Ко.