ساخت اسپیکری به ضخامت یک ورقه کاغذ!

به گزارش رمز من پژوهشگران ˮدانشگاه ام آی تیˮ، اسپیکر جدیدی ابداع نموده اند که به ضخامت یک ورقه کاغذ است و می تواند دیوارهای خانه را مانند کاغذ دیواری بپوشاند.

به گزارش رمز من به نقل از ایسنا و به نقل از ام آی تی نیوز، مهندسان "دانشگاه ام آی تی"(MIT)، نوعی اسپیکر به ضخامت یک ورقه کاغذ ابداع نموده اند که می تواند هر سطحی را به یک منبع فعال صوتی تبدیل کند.
این اسپیکر نازک، صدا را با حداقل اعوجاج تولید می کند و پایین ترین میزان از انرژی مورد نیاز یک اسپیکر سنتی را به کار می برد. اسپیکر جدید که وزن آن حدودا به اندازه یک سکه است، می تواند بدون توجه به سطحی که به آن چسبانده می شود، صدایی باکیفیت بالا تولید نماید.
پژوهشگران برای دستیابی به این خصوصیت ها، یک روش ساخت ساده را در پیش گرفتند که تنها به سه مرحله اساسی نیاز دارد و میتوان آنرا برای تولید اسپیکرهای بسیار نازکی به کار گرفت که داخل خودرو یا دیوار اتاق را می پوشانند.
اسپیکر نازک با این روش می تواند نویز فعال را در محیط های پر هیاهویی مانند کابین خلبان هواپیما حذف کند و به تولید صدایی با همان دامنه بپردازد. این دو صدا یکدیگر را خنثی می کنند. همچنین، این دستگاه منعطف را میتوان برای سرگرمی های همه جانبه استفاده نمود. برای نمونه، شاید اسپیکر با عرضه صدای سه بعدی بتواند در یک تئاتر به کار رود. از آنجائیکه این دستگاه سبک وزن است و برای کارکردن به انرژی بسیار کمی نیاز دارد، برای برنامه های کاربردی در دستگاههای هوشمند که عمر باتری آنها محدود است، مناسب خواهد بود.
"ولادیمیر بولوویچ"(Vladimir Bulović)، پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: احساس خوبی است که کاغذی باریک را بردارید، دو گیره به آن وصل کنید، آنرا به پورت هدفون کامپیوتر خود وصل کنید و صداهایی را بشنوید که از آن منتشر می شوند. از این اسپیکر می توانید در هر جایی استفاده کنید و جهت راه اندازی آن فقط به مقدار کمی نیروی الکتریکی نیاز دارید.
یک اسپیکر معمولی که در هدفون یا یک سیستم صوتی وجود دارد، از ورودی های جریان الکتریکی استفاده می نماید که از یک سیم پیچ عبور می کنند و یک میدان مغناطیسی را به وجود می آورد. میدان مغناطیسی، یک غشا را در اسپیکر حرکت می دهد و صدایی را که ما می شنویم، تولید می کند. در مقابل، این اسپیکر جدید با استفاده از یک لایه نازک از مواد پیزوالکتریک که با اعمال ولتاژ روی آنها حرکت می کنند، هوا را در قسمت بالا حرکت می دهد و صدا تولید می کند.
بیشتر اسپیکرهای نازک به صورت مستقل طراحی شده اند چونکه برای تولید صدا، غشای آنها باید آزادانه خم شود. نصب این اسپیکرها روی یک سطح، توانایی تولید لرزش و صدا توسط سطح را مختل می کند.
پژوهشگران دانشگاه ام آی تی برای غلبه بر این مشکل، به طراحی یک اسپیکر نازک پرداختند. طراحی آنها به جای ارتعاش کل مواد، روی برآمدگی های کوچکی روی یک لایه نازک از مواد پیزوالکتریک تکیه دارد که هر کدام به تنهایی مرتعش می شوند. این برآمدگی ها که هر کدام به عرض چند مو هستند، توسط لایه های فاصله دهنده در بالا و پایین غشا احاطه شده اند که از آنها محافظت می کنند و در عین حال، آنها را قادر می سازند آزادانه مرتعش شوند. لایه های فاصله دهنده، از برآمدگی ها در مقابل سایش و ضربه هنگام جابجایی روزانه محافظت می کنند و دوام اسپیکر را می افزایند.
پژوهشگران برای ساخت این اسپیکر، از لیزر برای ایجاد سوراخ های ریزی در ورقه نازکی از "پلی اتیلن ترفتالات"(PET) استفاده کردند که نوعی پلاستیک سبک وزن است. آنها سطح زیرین لایه پلی اتیلن ترفتالات سوراخ شده را با یک لایه بسیار نازک از مواد پیزوالکتریک به نام "پلی وینیلیدین فلورید"(PVDF) پوشاندند. سپس، یک منبع حرارتی با دمای ۸۰ درجه سلسیوس را در قسمت زیرین آنها اعمال کردند.
از آنجائیکه لایه پلی وینیلیدین فلورید بسیار نازک است، اختلاف فشار بوجود آمده سبب برآمدگی آن می شود. پلی وینیلیدین فلورید نمی تواند به زور از لایه پلی اتیلن ترفتالات عبور کند؛ ازاین رو برآمدگی های کوچک از مناطقی که توسط پلی اتیلن ترفتالات مسدود نشده اند، بیرون می آیند. این برآمدگی ها با سوراخ های لایه پلی اتیلن ترفتالات خود تراز می شوند. سپس پژوهشگران، طرف دیگر پلی وینیلیدین فلورید را با یک لایه دیگر از پلی اتیلن ترفتالات می پوشانند تا بعنوان یک فاصله میان برآمدگی ها و سطح عمل کند.
"جینچی هان"(Jinchi Han)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: این یک فرایند بسیار ساده است و اگر در آینده آنرا با یک فرایند دیگر ادغام نماییم، به ما امکان می دهد تا به تولید این اسپیکرها با توان عملیاتی بالا بپردازیم. این بدان معناست که میتوان اسپیکرها را مانند کاغذ دیواری برای پوشاندن دیوارها، خودرو ها یا فضای داخلی هواپیما در مقادیر زیادی ساخت.
ارتفاع این برآمدگی ها، ۱۵ میکرون است و در صورت ارتعاش، تنها نیم میکرون بالا و پایین می روند. هر برآمدگی یک واحد تولید صدا است؛ ازاین رو هزاران برآمدگی کوچک به همراه یکدیگر مرتعش می شوند تا صدایی قابل شنیدن را تولید کنند.
یکی دیگر از مزایای فرایند ساده ساخت این اسپیکر، قابلیت تنظیم آن است. پژوهشگران می توانند اندازه سوراخ های پلی اتیلن ترفتالات را برای کنترل اندازه برآمدگی ها تغییر دهند. برآمدگی های دارای شعاع بزرگ تر، هوای بیشتری را جابه جا می کنند و صدای بیشتری را تولید می کنند اما برآمدگی های بزرگتر، فرکانس رزونانس کمتری هم دارند. فرکانس رزونانس، فرکانسی است که دستگاه در آن به بهترین شکل کار می کند و پایین بودن فرکانس رزونانس، کمتر به اعوجاج صدا منجر می شود.
هنگامی که پژوهشگران، روش ساخت را کامل کردند، چندین اندازه متعدد از برآمدگی و ضخامت لایه پیزوالکتریک را برای رسیدن به ترکیب مطلوب مورد بررسی قرار دادند.
آنها اسپیکر نازک خویش را با نصب آن روی دیواری در فاصله ۳۰ سانتی متری از میکروفن آزمایش کردند. هنگامی که ۲۵ ولت برق با سرعت یک کیلوهرتز از دستگاه عبور داده شد، اسپیکر صدایی باکیفیت بالا در سطح ۶۶ دسی بل تولید کرد. در سرعت ۱۰ کیلوهرتز، سطح فشار صدا به ۸۶ دسی بل افزوده شد که حدودا همان میزان حجم ترافیک شهری است.
این دستگاه کم مصرف فقط به ۱۰۰ میلی وات برق در هر متر مربع نیاز دارد. در مقابل، یک اسپیکر خانگی متوسط امکان دارد بیشتر از یک وات برق مصرف کند تا فشار صدای مشابهی را در فاصله ای قابل مقایسه به وجود بیاورد.
هان توضیح داد: از آنجائیکه برآمدگی های کوچک درحال ارتعاش هستند، اسپیکر فرکانس رزونانس بالایی دارد که می تواند به صورت موثر برای کاربردهایی مانند سونوگرافی استفاده گردد. سونوگرافی از امواج صوتی با فرکانس بسیار بالا برای تولید تصاویر استفاده می نماید و فرکانس های بالاتر، وضوح تصویر بهتری را عرضه می دهند.
بولوویچ اظهار داشت: این دستگاه همینطور می تواند از امواج فراصوت برای تشخیص دادن محل ایستادن انسان در اتاق استفاده نماید و سپس امواج صوتی را شکل دهد تا شخص را هنگام حرکت دنبال کند. شاید بتوان از برآمدگی های ارتعاشی برای ایجاد الگوهای نور در فناوری های نمایشی آینده بهره برد.
وی ادامه داد: ما این قابلیت را داریم که حرکت مکانیکی هوا را با فعال کردن یک سطح فیزیکی که مقیاس پذیر است، ایجاد نماییم. گزینه های در ارتباط با نحوه استفاده از این تکنولوژی، نامحدود هستند.
این پژوهش با بودجه "شرکت فورد موتور"(Ford Motor Company) و کمک هزینه شرکت "لندلیز گروپ"(Lendlease) انجام شده است.
این پژوهش، در مجله "IEEE Transactions of Industrial Electronics" به چاپ رسید.

منبع: رمز من

1401/02/07

18:22:01

5.0 / 5

872

تگهای خبر: انرژی , تكنولوژی , تولید , راه اندازی

اگر مطلب را پسندیدید لایک کنید

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان در مورد این مطلب

نظر شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۱ بعلاوه ۳