تماشا کنید: بلندگویی به نازکی کاغذ که هر سطحی را به منبع صوتی تبدیل می‌کند

دانشمندان بلندگویی به ضخامت کاغذ ساخته‌اند که می‌تواند هر سطحی را به منبع صوتی فعال تبدیل کند. این دستگاه که تنها ۲ گرم وزن دارد و به اندازه دست انسان است، توسط محققانی از جمله دانشمندان مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) در ایالات متحده‌ی آمریکا ساخته شده است.

این بلندگوی کوچک به‌طور بالقوه می‌تواند در محیط‌های حساس مانند کابین هواپیما حذف نویز فعال ارائه دهد و حتی می‌توان از آن‌ برای پخش صدای سه‌بعدی در تئاتر یا پارک تفریحی استفاده کرد. این دستگاه صدایی با حداقل اعوجاج را تولید می‌کند و تنها بخش بسیار کوچکی از انرژی مورد نیاز بلندگوهای سنتی برای روشن ماندن آن کافی است.

طبق گزارش independent و به گفته‌ی دانشمندان، این دستگاه که اخیراً در ژورنال IEEE Transactions on Industrial Electronics عملکرد آن توضیح داده شده است، می‌تواند بدون توجه به سطحی که به آن چسبیده، صدایی با کیفیت بالا تولید کند. لادیمیر بولوویچ، نویسنده ارشد این مقاله از MIT، در بیانیه‌ای گفت:

احساس این بلندگو مانند این است که کاغذی باریک را برداشته، دو گیره به آن وصل کرده و آن را به پورت هدفون رایانه‌ی خود متصل کنید. می‌توان از آن در هر جایی استفاده کرد و روشن شدنش به انرژی بسیار پایینی نیاز دارد.

دانشمندان می‌گویند ازآنجاکه این دستگاه وزن سبکی داشته و برای کار کردن تنها به مقدار کمی انرژی نیاز دارد، برای کاربردهای مرتبط به دستگاه‌های هوشمند که عمر باتری آن‌ها محدود است، گزینه‌ی مناسبی به نظر می‌رسد.

بلندگوی معمولی که در هدفون و سیستم‌های صوتی استفاده می‌شود دارای ورودی‌های جریان الکتریکی از سیم‌پیچی است که با ایجاد میدان مغناطیسی، غشای بلندگو و هوای بالای آن را حرکت می‌دهد و صدایی را که می‌شنویم تولید می‌کند.

درعوض، بلندگوی جدید طراحی ساده‌ای دارد. یک لایه‌ی نازک از ماده‌ای پیزوالکتریک‌ شکل (نوعی ماده که بار الکتریکی در آن جمع می‌شود) در آن استفاده شده است. فشار روی این بخش به الکتریسیته تبدیل شده و با اعمال ولتاژ حرکت می‌کند. این کار هوا را حرکت داده و صدایی را که می‌شنویم، می‌سازد.

در طراحی جدید، گنبدهای کوچکی روی لایه‌ی نازکی از مواد پیزوالکتریک قرار گرفته که به جای لرزش کل مواد، به صورت تک‌تک تکان می‌خورند. همین امر باعث می‌شود بتوان آن را روی هر سطحی قرار داد، بدون آن‌که فرایند تولید صدا مختل شود.

دانشمندان بلندگوی جدید را با استفاده از لیزر شکل دادند تا سوراخ‌های کوچکی را در ورقه‌ی نازکی از پلاستیک PET برش دهند و سطح زیرین آن را با لایه‌ای بسیار نازک از PVDF که نوعی ماده پیزوالکتریک است، لمینت کردند. سپس روی ورقه‌های چسبانده‌شده خلأ اعمال کرده و منبع حرارتی‌ای با دمای ۸۰ درجه را زیر آن‌ها قرار دادند. اختلاف فشار ایجادشده توسط خلأ و منبع گرما باعث برآمدگی لایه فوق‌العاده نازک PVDF شده و بدین شکل گنبدهای کوچک در مناطقی که توسط PET مسدود نشده‌اند بیرون می‌زنند. سپس دانشمندان طرف دیگر PVDF را با یک لایه‌ PET دیگر لمینت کردند تا به‌عنوان فاصله‌ای بین گنبدها و سطح پیوند عمل کند.

در این مطالعه‌ اشاره شده است که گنبدها حدود ۱۵ میکرون (تقریباً یک ششم ضخامت موی انسان) ارتفاع دارند و در هنگام ارتعاش حدود نیم میکرون بالا و پایین می‌روند. محققان توضیح دادند که هر یک از این گنبدها واحدهایی برای تولید صدا هستند و وقتی هزاران گنبد کوچک با هم می‌لرزند، صدای قابل شنیدن تولید می‌کنند.

در این مطالعه، دانشمندان همچنین تکنیک ساختی را توسعه دادند که به گفته آن‌ها می‌تواند برای تولید بلندگوهای بسیار نازک با اندازه‌ی بزرگ استفاده شود. منظور آن‌ها از بزرگ به اندازه‌ای است که بتوان توسط آن فضای داخلی خودرو را پوشاند یا از بلندگوها به‌عنوان کاغذدیواری اتاق استفاده کرد.

جینچی هان، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله می‌گوید:

این فرایند بسیار ساده و سرراست است. می‌توانیم در آینده‌ این بلندگوها را با توان عملیاتی بالا تولید کنیم. این بدان معنا است که قادر خواهیم بود آن را برای مصارفی مانند کاغذدیواری اتاق‌ها، اتومبیل‌ها یا فضای داخلی هواپیما بسازیم.

محققان برای اندازه‌گیری سطح فشار صدا که بر حسب دسی‌بل ثبت شده، این دستگاه را با نصب روی دیواری به فاصله ۳۰ سانتی‌متر از میکروفون آزمایش کردند. هنگامی که حدود ۲۵ ولت برق را با سرعت یک کیلوهرتز از دستگاه عبور دادند (نرخ ۱۰۰۰ سیکل در ثانیه) بلندگو صدایی با کیفیت بالا در ۶۶ دسی بل (کمی بالاتر از محدوده‌ی صحبت معمولی) تولید کرد.

دانشمندان می‌گویند این دستگاه تنها به ۱۰۰ میلی‌وات برق در هر متر مربع از منطقه‌ی بلندگو نیاز دارد. آن‌ها همچنین ادعا می‌کنند: «بلندگوهای خانگی متوسط ممکن است بیش از یک وات برق برای تولید فشار صدای مشابه در فاصله قابل مقایسه مصرف کنند.»

همچنین می‌توان از ساخته‌ی جدید دانشمندان برای موارد دیگری غیر از صدا استفاده کرد. اگر گنبدهای ارتعاشی لایه نازک با یک سطح بازتابنده پوشانده شود، ممکن است بتوان آن را به منظور ایجاد الگوهای نوری برای فناوری‌های نمایشگر نسل آینده به کار برد. دکتر بولوویچ گفت: «موارد استفاده از این فناوری نامحدود است.»