Прозрачная искусственная мышца сыграла музыку

Ведущие авторы разработки Цзеон-Юнь Сунь и Кристофер Кеплингер держат в руках гибкий прозрачный дисплей

(фото Eliza Grinnell/SEAS Communications).

Динамик состоит из тонкого пласта резины, расположенного между слоями геля. Протекание зарядов заставляет динамик вибрировать, благодаря чему он воспроизводит звуки всего спектра слышимых частот

(фото Christoph Keplinger, Jeong-Yun Sun).

Физики из Гарвардского университета создали необычный динамик. Он состоит из тонкого пласта резины, расположенного между слоями геля из солёной воды. Электрические заряды при прохождении через каждый слой заставляют динамик сокращаться и колебаться, благодаря чему он воспроизводит звуки всего спектра слышимых частот — от 20 Гц до 20 кГц.

Принципиальное отличие этого устройства от аналогов состоит в том, что заряды переносятся ионами, а не электронами, как в обычных динамиках.

У ионных проводников есть определённые преимущества. Прежде всего, их можно растягивать в несколько раз без риска увеличения электрического сопротивления, что является главной проблемой для классических гибких электронных устройств. К тому же, они могут быть полностью прозрачными, а значит, их можно прикреплять прямо к экранам.

Ведущие авторы разработки Цзеон-Юнь Сунь и Кристофер Кеплингер держат в руках гибкий прозрачный дисплей (фото Eliza Grinnell/SEAS Communications).

Третье и самое главное преимущество заключается в том, что гель, используемый в качестве электролита, совместим с биологическими тканями и средами. Такие устройства можно применять не только для создания электроники будущего, но и в различных областях медицины. К слову, биоинженеры уже заинтересовались этой разработкой и заявили, что с удовольствием попробовали бы интегрировать новое устройство в живые ткани.

Ионный динамик — не новинка в физике и инженерии. Но все предыдущие разработки обладали значительными недостатками, исправить которые ранее никому не удавалось.

Поясним. Для полноценной работы динамика требуется выполнение двух условий. Воспроизведение звуков всего спектра слышимых частот требует, во-первых, высокого напряжения для сжатия гибкого слоя и, во-вторых, высокой частоты работы для обеспечения скоростных вибраций.

Динамик состоит из тонкого пласта резины, расположенного между слоями геля. Протекание зарядов заставляет динамик вибрировать, благодаря чему он воспроизводит звуки всего спектра слышимых частот (фото Christoph Keplinger, Jeong-Yun Sun).

Но высокое напряжение способно запустить различного рода электрохимические реакции, из-за которых устройство может выйти из строя. К тому же, ионы намного тяжелее и крупнее электронов, а значит, двигаются они намного медленнее. Обе эти проблемы физики решили с помощью специально разработанной системы.

"Слой резины мы использовали в качестве изолятора, и научились контролировать напряжение в местах соприкосновения геля с электродами. Таким образом мы исключили проблему с нежелательными электрохимическими реакциями. Входной сигнал является переменным током, и в данном случае слой резины играет роль электрического конденсатора, блокирующего протекание заряженных частиц по цепи. Нам больше не нужно направлять ионы, мы попросту заставили их перераспределяться по несколько тысяч раз за секунду. Так мы ускорили движение частиц", — рассказывает ведущий автор разработки Цзеон-Юнь Сунь (Jeong-Yun Sun).

Как пишут создатели динамика, они хотели поменять представление людей об области применения ионной электроники. Новое устройство можно прикрепить прямо к экрану телевизора или компьютера, а также мастерить на его основе "умные" окна, подавляющие шум извне.

Однако самой перспективной областью применения такого устройства разработчики называют биоинженерию. По их словам, ионы в гибком динамике могут проводить электричество и в человеческом теле, что позволит создать альтернативные методы лечения сердечно-сосудистых заболеваний и мышечной дистрофии.

Добавим, что все материалы, которые использовались для создания прототипа, стоят недорого и вполне доступны на широком рынке. Другие данные о работе гарвардских физиков можно найти в статье, опубликованной в журнале Science.

Также по теме:
Учёные создали прозрачный динамик из листа графена
Инженеры представили растягивающийся в три раза аккумулятор
Учёные создали наклеиваемую гибкую солнечную батарею
Инженеры собрали самый гибкий транзистор на нанотрубках
Американские инженеры создали суперэластичный дисплей