Inžinjeri sa MIT-a kreirali su zvučnik koji je tanak kao papir, i koji može pretvoriti bilo koju površinu u aktivni izvor zvuka.
Ovaj tankoslojni zvučnik proizvodi zvuk sa minimalnim izobličenjem, dok koristi samo djelić energije potrebne za tradicionalni zvučnik. Zvučnik koji je tim demonstrirao je takve veličine da se može držati u ruci i težak je kao novčić, može da generiše zvuk visokog kvaliteta bez obzira na koju površinu je film pričvršćen.
Da bi postigli ove osobine, istraživači su započeli jednostavnu tehniku izrade. Ona zahtijeva samo tri osnovna koraka, a može povećati proizvodnju ultratankih zvučnika dovoljno velikih da pokriju unutrašnjost automobila ili dovoljno velike tapete koje bi prekrile jednu prostoriju.
Na ovaj način, tankoslojni zvučnik bi mogao da obezbijedi poništavanje buke u bučnim okruženjima, kao što je pilotska kabina aviona, generišući zvuk iste amplitude, ali suprotne faze, na taj način se dva zvuka poništavaju. Fleksibilni uređaj bi se takođe mogao koristiti za zabavu, pružanjem trodimenzionalnog zvuka u pozorištu ili vožnji u zabavnom parku. Obzirom da je lagan i zahtijeva tako malu količinu energije za rad, uređaj je veoma pogodan za aplikacije na pametnim uređajima gdje je vijek baterije ograničen.
Vladimir Bulović, katedra Fariborz Maseeh za nove tehnologije, šef Laboratorije za organsku i nanostrukturnu elektroniku (ONE Lab) i direktor MIT.nano, istakao je da je izuzetan osjećaj uzeti nešto što izgleda kao tanak list papira, pričvrstiti dve kopče na njega, priključiti ga u priključak za slušalice na računaru i čuti zvukove koji se emituju iz njega. Velika prednost je što se može koristiti bilo gdje, a potrebno je samo malo električne energije za njegovo pokretanje.
Novi pristup
Tipičan zvučnik koji se nalazi u slušalicama ili audio sistemu koristi ulaze električne struje koji prolaze kroz zavojnicu žice koja stvara magnetno polje, koje pomjera membranu zvučnika, koja pomjera vazduh iznad nje, što stvara zvuk koji čujemo. Nasuprot tome, novi zvučnik pojednostavljuje dizajn zvučnika korišćenjem tankog filma od oblikovanog piezoelektričnog materijala koji se pomjera kada se na njega primijeni napon, koji pomjera vazduh iznad njega i proizvodi zvuk.
Većina tankoslojnih zvučnika su dizajnirani da budu samostojeći jer se film mora slobodno savijati da bi proizveo zvuk. Postavljanje ovih zvučnika na površinu, ometalo bi vibracije i njihovu sposobnost da proizvedu zvuk.
Da bi prevazišli ovaj problem, tim sa MIT-a je preispitao dizajn tankoslojnog zvučnika. Umjesto da cijeli materijal vibrira, njihov dizajn se oslanja na male kupole na tankom sloju piezoelektričnog materijala od kojih svaka vibrira pojedinačno. Ove kupole su na vrhu i dnu filma okružene slojevima koji ih štite od površine za montažu, a istovremeno im omogućavaju da slobodno vibriraju. Ovi slojevi štite kupole od habanja i udara tokom svakodnevne upotrebe, povećavajući izdržljivost zvučnika.
Da bi napravili zvučnik, istraživači su koristili laser da isjeku sitne rupe u tankom listu PET-a, koji je vrsta lagane plastike. Oni su laminirali (tehnika postupka proizvodnje materijala u više slojeva) donju stranu PET sloja sa veoma tankim filmom (tankim čak 8 mikrona) piezoelektričnog materijala, nazvanog PVDF. Zatim su primijenili vakuum iznad vezanih ploča i izvor toplote, na 80 stepeni Celzijusa, ispod njih.
Pošto je PVDF sloj jako tanak, razlika u pritisku koju stvaraju vakum i izvor toplote izazvala je njegovo ispupčenje. PVDF ne može da se probije kroz PET sloj, tako da male kupole vire u oblastima gde ih PET ne blokira. Ove izbočine se same poravnavaju sa rupama u PET sloju. Istraživači su zatim laminirali drugu stranu PVDF-a sa drugim PET slojem da bi djelovao kao izolacija između kupola i površine za vezivanje.
Visok kvalitet, mala snaga
Kupole su visoke 15 mikrona, oko jedne šestine debljine ljudske dlake, i pomjeraju se gore-dolje samo za pola mikrona kada vibriraju. Svaka kupola je jedna jedinica za proizvodnju zvuka, tako da su potrebne hiljade ovih sićušnih kupola koje vibriraju zajedno da bi proizvele zvuk.
Dodatna prednost jednostavnog procesa proizvodnje tima je njegova prilagodljivost – istraživači mogu da promjene veličinu rupa u PET-u kako bi kontrolisali veličinu kupola. Kupole većeg radijusa istiskuju više vazduha i proizvode više zvuka, ali veće kupole takođe imaju nižu rezonantnu frekvenciju (frekvencija na kojoj uređaj radi najefikasnije, a niža rezonantna frekvencija dovodi do izobličenja zvuka).
Istraživači su testirali svoj tankoslojni zvučnik tako što su ga montirali na zid, 30 centimetara udaljenog od mikrofona, kako bi izmjerili nivo zvučnog pritiska, zabilježen u decibelima. Kada je 25 volti električne energije prošlo kroz uređaj na 1 kilohercu (brzina od 1.000 ciklusa u sekundi), zvučnik je proizveo zvuk visokog kvaliteta na nivoima razgovora od 66 decibela. Na 10 kiloherca, nivo zvučnog pritiska je porastao na 86 decibela, otprilike na istom nivou kao i gradski saobraćaj.
Pošto male kupole vibriraju, a ne cijeli film, zvučnik ima dovoljno visoku rezonantnu frekvenciju da se može efikasno koristiti za ultrazvučne aplikacije, kao što je snimanje. Ultrazvučno snimanje koristi zvučne talase veoma visoke frekvencije za proizvodnju slike, a veće frekvencije daju bolju rezoluciju slike.
Uređaj bi mogao da koristi i ultrazvuk da otkrije gdje čovek stoji u prostoriji, kao što to rade slijepi miševi pomoću eholokacije, a zatim da oblikuje zvučne talase da prate osobu dok se kreće. Ako su vibrirajuće kupole tankog filma prekrivene reflektujućom površinom, mogle bi se koristiti za kreiranje obrazaca svjetlosti za buduće tehnologije prikaza. Ako su uronjene u tečnost, vibrirajuće membrane bi mogle da obezbijede novu metode miješanja hemikalija, omogućavajući tehnike hemijske obrade koje bi mogle da troše manje energije od metoda velike obrade.
Bulović je na kraju dodao da imaju mogućnost da precizno generišu mehaničko kretanje vazduha aktiviranjem fizičke površine koja je skalabilna. Mogućnosti korišćenja ove tehnologije su neograničene.
Izvor: techxplore.com
