Цивилизация
Инженеры из Гарвардского университета совершили революцию в производстве аудиосистем. Их органический громкоговоритель, напоминающий искусственную мышцу, способен воспроизводить звук ничуть не хуже современных динамиков в диапазоне частот от 20 до 20 тыс. герц и уже наполняет лабораторию изобретателей качественным звучанием «Утра» из музыки к пьесе «Пер Гюнт» Эдварда Грига.
Это звучит дико, но звук чистый: отныне для преобразования электрического сигнала в колебания воздуха не требуются привычные колонки, традиционные катушки индуктивности, постоянные магниты, мембраны и диффузоры. Производимые промышленностью приборы звуковоспроизведения громоздки, тяжелы, имеют ограниченный диапазон частот, не обладают гибкостью и уж точно не могут похвастаться прозрачностью. Всех этих недостатков лишен прибор, изготовленный из одного слоя прозрачной резины, окруженного двумя слоями электропроводящего геля.
Этот гидрогель, который может прийти на смену жестким проводникам в традиционных устройствах, служит электродом и позволяет изготавливать гибкие и даже растягиваемые громкоговорители.
Однако принципиальным отличием такого устройства является то, что носителем зарядов в нем являются не электроны, а ионы.
«Ионные проводники могут заменить определенные электронные системы и даже дать некоторые преимущества», — уверен соавтор работы Джонг-Юнь Сунь из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук.
Во-первых, подобные устройства можно растягивать в несколько раз без риска значительно увеличить их электрическое сопротивление — проблему всех электронных гибких девайсов. Во-вторых, они могут быть прозрачными, что дает возможность использовать их в оптических системах, где требуется контролируемо менять форму поверхности, например — в адаптивной оптике. И в-третьих,
гели, используемые в качестве электролитов, делают подобные приборы биосовместимыми, что позволяет вживлять их в биологические системы.
Высокое напряжение, прикладываемое к электродам, заставляет положительно и отрицательно заряженные ионы собираться по разные стороны диэлектрика и менять толщину «сэндвича» в зависимости от приложенного потенциала.
«Это кажется парадоксальным, но ионные проводники могут использоваться в системах, которые требуют очень быстрого движения, как в нашем громкоговорителе. Входящий сигнал — это переменный ток, и мы используем слой резины как конденсатор, который блокирует ток носителей заряда через контур. В результате мы не имеем постоянного переноса ионов в одном направлении, мы просто перераспределяем их, что можно делать тысячи раз в секунду», — говорит Сунь.
По словам ученых, разработка подобных, похожих на пленки пузырей устройств, способных быстро менять форму и звучать, откликаясь на приложенное напряжение, может стать основой для целого класса новых приборов, которые найдут применение в совершенно неожиданных областях.
«Ионные системы смогут обладать теми же способностями, которые имеет наше тело: они могут чувствовать, передавать сигнал и производить движение. Мы действительно приближаемся к созданию мягкой машины, которую подсказывает нам биология», — считает другой соавтор работы, опубликованной в Science, Кристоф Кеплингер.
Работа прибора не требует большой мощности, и он может быть встроен в любую конструкцию, где требуется мягкая, прозрачная поверхность, которая деформируется в ответ на приложенное напряжение, к примеру, на поверхности телевизора, ноутбука или смартфона для создания все тех же звуковых волн. Еще один вариант применения — «умные» стекла, которые при помощи активных ионных пленок могут сводить к нулю проникновение шума с улицы.