使用社交账号登陆

当前位置: 主页 > 前沿 > 信息 • 能源

让报纸说话?你将来只需按一按它

时间: 2017年06月06日 | 作者: admin | 来源: 未知
密歇根大学的研究人员在纸张一样薄的材料上,成功地把机械能转化成声音。

 

图片2.png 

 

早在1917年,美国电话电报公司和西部电气公司的哈诺德·阿诺德(Harold Arnold)和I. B. 柯兰道(I. B. Crandall)就提出,可以通过在一张极薄的铂箔上同时接通直流电和交流电来产生声音。然而,这种方式产生的声音频率范围较窄,用来播放音乐则缺乏表现力。

 

2008年,一个中国团队从一种碳纳米管(CNTs)制成的薄片中提取到了热声。这些纯粹由碳元素组成的纳米管壁只有一原子厚,并且是优质的热导体。然而,这种材料能否在人们生活的房间内产生高保真的声音依然是未知数。

 

2013年,宾夕法尼亚大学巴纳德(Barnard)和同事们尝试在碳纳米管薄片周围,使用一种热容量低于空气的气体(比如惰性气体),以较低的能量输入产生大的温度变化,进而改变气压从而改善声音输出。为了将声音振动从惰性气体传递到空气中,需要使用一种柔性膜将惰性气体和空气分离。然而,将氙气与碳纳米管薄膜隔离带来了一系列技术难题。

 

到了2016年,这一技术获得了突破。密歇根大学开发出了一款纸张一样薄的便携设备,不仅可以通过人体运动产生能量,还能用作扬声器和麦克风。这项研究发表于《自然通讯》2017年5月16日刊上。

 

把机械能转为电,再转化成声音

 

这项技术突破将催生一系列产品的诞生,如可折叠的扬声器、更安全的计算机语音激活器等。也许在不久的将来,《哈利·波特》中“会说话的报纸”会成为现实。

 

电子和计算机工程学院副教授,联邦资助项目主要研究员奈尔森·塞普尔维达(Nelson Sepulveda)说:“技术始于突破。对于特殊音频技术而言,密歇根大学研发的这种新型纳米材料就是一个突破。”

 

“这是第一个同时具备超薄、灵活、延展性和双向性的传感器。这意味着它不仅可以将机械能转化为电能,也能将电能转化为机械能。”

 

去年12月份,塞普尔维达和他的团队成功开发出一种被称为“铁电玻璃纳米发生器”(FENG)的片状设备,可以用它来为键盘、LED灯和LCD触摸屏供电。人们只需通过手指滑动或轻轻按压来激活装置——就能将机械能转化成电能,为设备供电。

 

既是麦克风,又是扬声器

 

目前,技术人员又为这种高科技材料增加了几个新技能:收集从声音或机械运动的能量并转化为电能,并用作麦克风;还能以相反的方式将电能转化为机械能后,用作扬声器。

 

为了验证麦克风效果,研究人员将FENG改造为使用语音识别进行用户登录的安全补丁。实验表明,该补丁可以成功地保护个人计算机免受其他用户的攻击。塞普尔维达说: “这种设备对振动非常敏感,它能敏锐地捕获声波频率。”

 

为了验证扬声器的效果,研究人员将FENG材料嵌入到一面密歇根大学的Spartan旗子中。iPad播放的音乐通过放大器进入旗子中,然后再重新转录成声音。“旗子本身变成了扬声器”,塞普尔维达说,“在将来,我们可以用这种灵巧轻薄的便携设备,来替代笨重又功耗大的传统扬声器。”

 

会说话的报纸,更多发声设备

 

塞普尔维达说:“想象一下,在将来的某一天,人们可以从口袋里拿出来一个小巧的扬声器,只需把它按在墙上,就能让整间屋子的人听到他的演讲。”

 

“或者,假如有这样一种报纸”,他又说道,“这些纸张本身就是麦克风和扬声器,这将是一份会说话的报纸!”

 

李伟教授(MSU工程研究员,论文第一作者)说,FENG仍有许多其他潜在用途等待着人们去发掘,包括噪音消除板和带语音保护的健康监测腕带。

 

“许多人都着眼于便携电子设备的显示屏和触控方面的研究”,李伟说,“然而,我们的团队把注意力放在了便携设备在听读方面的研究上。”

 

FENG的创新性研究始于硅晶片。研究人员将硅晶片制成多层或薄片,再和银、聚酰亚胺、聚丙烯一起制成环保材料。接着添加离子,使得设备每层都包含带电粒子。这样的设备可以通过人体运动产能,再将机械能转化成电能。

 

编译 张路安


  • 相关文章