Интерес к ультратонкой и гибкой, наподобие бумаги, персональной электронике растет ускоренными темпами, ведь стремление к многофункциональности и износостойкости стало одной из основных технологических тенденцией последних лет. Непрерывные, стремительные и многодисциплинарные исследовательские усилия многочисленных групп учёных создали непрерывный поток инноваций. Постоянно совершенствуются такие продукты, как носимые компьютерные экраны, электронные газеты, гибкие светодиоды, искусственная кожа, смарт-перчатки. Учёные разрабатывают всё новые технологии, направленные на совершенствование носимой электроники и улучшения взаимодействие её с пользователем. На нынешнем этапе из пяти признанных человеческих чувств (зрения, слуха, осязания, обоняния и вкуса) большинство современных достижений сосредоточено на использовании зрения и осязания (прикосновения). Однако, в оптимальных конструкциях износостойких электронных систем должны учитываться все человеческие чувства, так как это расширит границы взаимодействия пользовательского устройства и позволит использовать наиболее подходящее в зависимости от приложения. В ближайшие годы помимо зрения и осязания, акустическое взаимодействие (то есть слух и речь) также имеет хороший потенциал стать важным и удобным мостом между человеком и гибкой персональной электроникой. В некотором смысле, мы это уже применяем с помощью голосовых гаджетов, преобразователей речи в текст и систем распознавания звука.
Преобладающие громкоговорители, используемые сегодня, состоят, по меньшей мере, из диафрагмы, звуковой катушки, прикрепленной к вершине диафрагмы, постоянного магнита, прикрепленного к раме громкоговорителя посредством гибкой подвески и камеры. Когда звуковой сигнал тока подается на звуковую катушку, перемещение звуковой частоты диафрагмы производится за счет магнитного взаимодействия между звуковой катушкой и магнитом, тем самым воспроизводя волны звукового давления. Недавно был продемонстрирован термоакустический громкоговоритель с улучшенными углеродными нанотрубками, который использует тепловое расширение и сжатие среды для создания звуковых волн. Микрофон — это реверсивное устройство, в котором звуковые волны преобразуются в электрические сигналы. Недавно было продемонстрировано использование тонкого роликового трибоэлектрического наногенератора для сбора звуковых волн. Дальнейшему развитию взаимодействия человека и компьютера в переносной электронике могли бы стать тонкопленочные, гибкие, легкие и надежные устройства, которые смогут служить одновременно как громкоговорителем, так и микрофоном.
В прошлом году учёные Мичиганского университета (США) разработали новую технологию FENG (ферроэлектретный наногенератор), представляющую собой тонкую материю, преобразующую механическую энергию в электрическую, стоит только слегка прикоснуться к ней.
При помощи FENG разработчики успешно активировали клавиатуру, сенсорный ЖК-экран и светодиодную подсветку.
А на днях журнал Nature Communications опубликовал сообщение о двухфункциональном и автономном тонкопленочном гибком акустическом преобразователе, который работает как громкоговоритель, так и как микрофон. Устройство создано на основе FENG и так же обладает способностью генерировать энергию. С помощью микроплазменного разряда искусственные пустоты внутри вспененного FENG образуют многочисленные гигантские диполи, которые позволяют FENG проводить эффективные электромеханические трансформации, то есть использование механической энергии для производства электрической энергии и использование электрической энергии для производства механической энергии.
Чтобы продемонстрировать применимость и функциональность устройства, был изготовлен исполняющий музыку флаг. Во флаг Мичиганского университета была вшита материя FENG , и под действием ветра флаг исполнил гимн университета. Благодаря электромеханическому свойству устройства, работа громкоговорителя на базе FENG может быть изменена на противоположное действие — микрофон на основе FENG преобразует акустическую вибрацию (звук) в электрический сигнал. Микрофон на основе FENG очень чувствителен к широкому диапазону частот. Об этом свидетельствуют две другие демонстрации, представленные в этой работе, а именно:
1) запись симфонии на листе бумаги, с высокой точностью воспроизведения;
2) безопасность персонального компьютера посредством распознавания идентификационной информации (голоса) с помощью устройства на основе FENG, которое может быть легко интегрировано в любое персональное компьютерное устройство.
Как выразился руководитель исследований Нельсон Сепульведу: «Прибор настолько чувствителен к вибрациям, что он может улавливать даже частоты голоса человека» (Science Daily)
