Ученые из Мичиганского университета разработали новый гибкий композитный материал, который может превращать механическую энергию в электричество и наоборот, к примеру, работая как динамик или микрофон, которые могут подзаряжать себя самостоятельно. На основе этого материала инженеры создали флаг, проигрывающий аудиофайлы и микрофон для компьютера, достаточно чувствительный, чтобы различать людей по голосу.
Носимая электроника, активно развивающаяся в последние годы, ставит создателей устройств перед компромиссом: приходится либо использовать массивные и тяжелые аккумуляторы, либо слишком часто подзаряжать устройство. Некоторые разработчики пытаются обойти эти ограничения и вырабатывать электричество «из воздуха». Например, китайские ученые представили устройство, вырабатывающее электричество из движений тела за счет трения, а некоторые исследователи добывают его из радиоволн от окружающих Wi-Fi роутеров.
В конце 2016 года ученые представили новый композитный материал, который способен превращать механическую энергию в электричество. Материал состоял главным образом из пористого полимера, в котором пустоты представляли собой ориентированные магнитные диполи. Полимер с двух сторон был покрыт слоями металла, служащими электродами. При деформации материала магнитные моменты в нем также менялись, из-за чего между электродами возникал электрический ток. Это свойство инженеры решили использовать для создания нескольких автономных устройств, не требующих внешнего источника электричества. Например, дисплея, заряжающегося от прикосновений к нему, и гибкой клавиатуры, производящей энергию для своей работы из прикосновений к клавишам.
В новой работе ученые обнаружили, что их материал может действовать противоположным образом: переводить электрическую энергию в механическую. Поскольку толщина материала составляет около одной десятой миллиметра, то исследователи решили использовать это свойство для создания мембран для звуковых устройств.
На основе предложенной схемы инженеры создали два работающих прототипа. Первый из них представлял собой систему разблокировки компьютера на основе голоса, в которой микрофоном являлся лист нового композита. Попадающие на материал звуковые колебания создавали в нем электрический ток, который регистрировался на специальном приборе. Система разблокировала компьютер, если слышала кодовую фразу, причем произнесенную голосом конкретного пользователя. Чувствительность микрофона оказалась достаточной, чтобы компьютер различал голоса.
Второе устройство представляло собой флаг Мичиганского университета, в который были вшиты несколько листов материала. Подключив флаг к плееру и усилителю, инженеры смогли воспроизвести на нем гимн своего университета.
Инженеры считают, что разработанный ими материал может быть использован в носимой электронике в качестве микрофона и динамика в умных часах и других применениях. К примеру, однажды, с помощью такого материала можно будет создать интерактивную газету, которая может зачитывать статьи по голосовой команде читателя.