Een flinterdun, flexibel apparaat gemaakt aan de Michigan State University kan niet alleen energie opwekken uit menselijke beweging, het kan ook als luidspreker en microfoon fungeren, nanotechnologie-onderzoekers rapporteren in de 16 mei-editie van Natuurcommunicatie .

De audiodoorbraak zou uiteindelijk kunnen leiden tot consumentenproducten als een opvouwbare luidspreker, een spraakgestuurde beveiligingspatch voor computers en zelfs een pratende krant.

"Elke technologie begint met een doorbraak en dit is een doorbraak voor deze specifieke technologie, " zei Nelson Sepulveda, MSU universitair hoofddocent elektrische en computertechniek en hoofdonderzoeker van het door de federale overheid gefinancierde project.

"Dit is de eerste transducer die ultradun is, flexibel, schaalbaar en bidirectioneel, wat betekent dat het mechanische energie kan omzetten in elektrische energie en elektrische energie in mechanische energie."

Eind 2016, Sepulveda en zijn team hebben met succes hun bladachtige apparaat gedemonstreerd - bekend als een ferroelectret-nanogenerator, of FENG - door het te gebruiken om een ​​toetsenbord van stroom te voorzien, LED-verlichting en een LCD-touchscreen. Dat proces werkte met een vingerbeweging of een lichte drukbeweging om de apparaten te activeren - mechanische energie omzetten in elektrische energie.

De huidige doorbraak vergroot de bruikbaarheid van de FENG. De onderzoekers ontdekten dat het hightech materiaal kan fungeren als een microfoon (door de trillingen van geluid op te vangen, of mechanische energie, en omzetten in elektrische energie) en een luidspreker (door de tegenovergestelde manier te werken:elektrische energie omzetten in mechanische energie).

Om het microfooneffect te demonstreren, de onderzoekers ontwikkelden een FENG-beveiligingspatch die spraakherkenning gebruikt om toegang te krijgen tot een computer. De patch was succesvol in het beschermen van de computer van een individu tegen gebruikers van buitenaf. "Het apparaat is zo gevoelig voor trillingen dat het de frequentiecomponenten van je stem opvangt, ' zei Sepulveda.

Om het luidsprekereffect te demonstreren, de FENG-stof was ingebed in een MSU Spartaanse vlag. Muziek werd van een iPad door een versterker naar de vlag geleid, die het geluid vervolgens feilloos weergaf. "De vlag zelf werd de luidspreker, Sepulveda zei. "Dus we zouden het in de toekomst kunnen gebruiken door traditionele sprekers te nemen, die groot zijn, omvangrijk en gebruiken veel stroom, en ze te vervangen door deze zeer flexibele, dun, klein apparaat."

Stel je een dag voor waarop iemand een lichtgewicht luidspreker uit zijn zak zou kunnen halen, sla het tegen de muur en geef hun toespraak door aan een kamer vol mensen, zei Sepulveda.

"Of stel je een krant voor, " hij voegde toe, "waar de bladen microfoons en luidsprekers zijn. Je zou in wezen een spraakgestuurde krant kunnen hebben die tegen je praat."

Wei Li, een MSU technisch onderzoeker en hoofdauteur van het artikel in Natuurcommunicatie , andere mogelijke toepassingen van de FENG zijn onder meer ruisonderdrukkende vellen en een polsband voor gezondheidsbewaking die spraakbeveiligd is.

"Veel mensen richten zich op de zicht- en tastaspecten van flexibele elektronica, "Li zei, "maar we richten ons ook op de spreek- en luisteraspecten van de technologie."

Het innovatieve proces van het maken van de FENG begint met een siliconenwafel, die vervolgens wordt gefabriceerd met verschillende lagen, of dunne vellen, van milieuvriendelijke stoffen, waaronder zilver, polyimide en polypropyleen ferroelectret. Ionen worden toegevoegd zodat elke laag in het apparaat geladen deeltjes bevat. Elektrische energie wordt gecreëerd wanneer het apparaat wordt gecomprimeerd door menselijke beweging, of mechanische energie.