Som en del av pågående akustisk forskning vid Binghamton University, State University i New York Den framstående professor Ron Miles har skapat en fungerande sensor med minsta möjliga motstånd mot rörelse. Den tunna och flexibla sensorn är idealisk för att känna av ljud eftersom den kan röra sig med luftflödet som skapas av även de mjukaste ljuden och åtgärdar problem med accelerometrar, mikrofoner och många andra liknande sensorer.

"Målet var att skapa en sensor som bara motstår gravitation, " sa Miles. "Sensorn behövde vara ansluten till enheten men förutom det, Jag ville att den skulle röra sig med även de minsta ljud eller rörelser av luften."

Att kunna röra sig med luften är hur sensorer kan avgöra när ett ljud finns och från vilket håll det kommer.

Miles gjorde framsteg med akustiska sensorer 2017 genom att använda spindelsilke doppat i guld som en tunn, flexibel sensor för att göra en mikrofon med anmärkningsvärt platt frekvensrespons. Denna sensor inkorporerade en magnet för att omvandla silkesrörelsen till en elektronisk signal.

Som ett alternativ till att använda en magnet, Miles satte sig för att skapa en kapacitiv sensor. Istället för att behöva en magnet, en kapacitiv sensor kräver en spänning som läggs till den via elektroder.

Två miljarder kapacitiva mikrofoner produceras varje år men att göra dem både små och effektiva kommer med vissa utmaningar.

Hans nya plattform ger ett sätt att upptäcka rörelsen hos extremt tunna fibrer eller filmer genom att känna av förändringar i ett elektriskt fält utan att använda en magnet.

Det har tidigare inte varit möjligt att använda kapacitiv avkänning på extremt flexibla, tunna material eftersom de har behövt motstå elektrostatiska krafter som antingen kan skada dem eller hindra deras rörelse.

"Forskare vill att sensorn ska röra sig med små krafter från ljud, utan att påverkas av de elektrostatiska krafterna, sa Miles.

I detta senaste arbete, Miles har hittat en design som tillåter de tunna, flexibel sensor – som kan vara spindelsilke eller något annat lika tunt material – för att svänga över två fasta elektroder.

"Eftersom sensorn är i en 90-graders vinkel från elektroderna, de elektrostatiska krafterna påverkar inte dess rörelse, sa Miles.

Detta är en kritisk del av designen eftersom sensorerna måste ha en hög förspänning - den spänning som krävs för att en enhet ska fungera - för att vara effektiv eftersom sensorns känslighet ökar med en hög förspänning.

Denna design innebär att kapacitiva sensorer, som de som används i smartphones, kan vara både mindre och effektivare.

Miles sa att den unika designen också ger några andra fördelar som är viktiga i olika applikationer.

"Sättet som sensorn är designad nu betyder att den har en nästan konstant potentiell energi men kan också återgå till sin jämvikt efter stora rörelser."