Ultra sottile, conduttivo, e NM ibridi trasparenti possono essere applicati alla fabbricazione di altoparlanti NM attaccabili alla pelle e microfoni per il riconoscimento vocale, che sarebbero discreti nell'aspetto grazie alla loro eccellente trasparenza e capacità di contatto conforme. Credito:UNIST
Un team internazionale di ricercatori affiliati all'UNIST ha presentato un'innovativa tecnologia indossabile che trasforma la pelle dell'utente in un altoparlante. Questa svolta è stata guidata dal professor Hyunhyub Ko presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST. Creato in parte per aiutare le persone con problemi di udito e di parola, la nuova tecnologia può essere ulteriormente esplorata per applicazioni come sensori IoT indossabili e dispositivi sanitari conformi.
Nello studio, il team di ricerca ha sviluppato ultrasottili, nanomembrane ibride trasparenti e conduttive con spessore su scala nanometrica, costituito da un array di nanofili d'argento ortogonale incorporato in una matrice polimerica. Hanno quindi utilizzato la nanomembrana come altoparlante che può essere collegato a quasi tutto per produrre suoni. I ricercatori hanno anche introdotto un dispositivo simile, fungendo da microfono, collegabile a smartphone e computer per sbloccare i sistemi di sicurezza ad attivazione vocale.
Le nanomembrane (NM) sono strati di separazione molecolarmente sottili con spessore su scala nanometrica. I polimeri NM hanno attirato una notevole attenzione per i loro eccezionali vantaggi, tra cui estrema flessibilità, peso ultraleggero, e ottima adesività, permettendo loro di essere attaccati a quasi tutte le superfici. Però, si strappano facilmente e non mostrano conduttività elettrica.
Il team di ricerca ha risolto tali problemi incorporando una rete di nanofili d'argento all'interno di una nanomembrana a base di polimeri. Ciò ha consentito la dimostrazione di altoparlante e microfono aderibili alla pelle e impercettibili. "Il nostro ultrasottile, trasparente, e gli NM ibridi conduttivi facilitano il contatto conforme con superfici curvilinee e dinamiche senza crepe o rotture, " dice Saewon Kang nel programma di dottorato in Ingegneria energetica e chimica presso l'UNIST, il primo autore dello studio.
Le immagini schematiche di (A) altoparlante NM attaccabile alla pelle con l'array AgNW ortogonale e (B) microfono NM indossabile e trasparente. Credito:UNIST
Aggiunge, "Questi strati sono in grado di rilevare suoni e vibrazioni vocali prodotte dai segnali di tensione triboelettrica corrispondenti ai suoni, che potrebbe essere ulteriormente esplorato per varie potenziali applicazioni, come dispositivi di input/output audio."
Utilizzando gli NM ibridi, il team di ricerca ha fabbricato altoparlanti e microfoni NM attaccabili alla pelle, che sarebbero discreti nell'aspetto a causa della loro eccellente trasparenza e capacità di contatto conforme. Questi altoparlanti e microfoni indossabili sono sottili come la carta, eppure ancora in grado di condurre segnali sonori.
"La più grande svolta della nostra ricerca è lo sviluppo di ultrasottili, trasparente, e nanomembrane ibride conduttive con spessore su scala nanometrica, meno di 100 nanometri, " dice il professor Ko. "Questi eccezionali ottici, elettrico, e le proprietà meccaniche delle nanomembrane consentono la dimostrazione di altoparlante e microfono attaccabili alla pelle e impercettibili".
Gli altoparlanti NM collegabili alla pelle funzionano emettendo un suono termoacustico tramite l'oscillazione dell'aria circostante indotta dalla temperatura. Il riscaldamento Joule periodico che si verifica quando una corrente elettrica passa attraverso un conduttore e produce calore porta a queste oscillazioni di temperatura. Ha attirato una notevole attenzione per essere un elastico, trasparente, e altoparlante collegabile alla pelle.
I microfoni indossabili sono sensori, attaccato al collo di un oratore per percepire anche la vibrazione delle corde vocali. Questo sensore funziona convertendo la forza di attrito generata dall'oscillazione della nanofibra conduttiva trasparente in energia elettrica. Per il funzionamento del microfono, la nanomembrana ibrida è inserita tra film elastici con pattern minuscoli per rilevare con precisione il suono e la vibrazione delle corde vocali in base a una tensione triboelettrica che risulta dal contatto con i film elastici.
"Per applicazioni commerciali, la durata meccanica delle nanomembrane e le prestazioni dell'altoparlante e del microfono dovrebbero essere ulteriormente migliorate, "dice il professor Ko.
