Ett internationellt team av forskare knutet till UNIST har presenterat en innovativ bärbar teknologi som förvandlar användarens hud till en högtalare. Detta genombrott leddes av professor Hyunhyub Ko vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST. Skapad delvis för att hjälpa hörsel- och talskadade, den nya tekniken kan utforskas ytterligare för applikationer som bärbara IoT-sensorer och konforma hälsovårdsenheter.

I studien, forskargruppen utvecklade ultratunn, transparenta och ledande hybrid nanomembran med tjocklek i nanoskala, bestående av en ortogonal silver nanotrådarray inbäddad i en polymermatris. De använde sedan nanomembranet som en högtalare som kan fästas på nästan vad som helst för att producera ljud. Forskarna introducerade också en liknande enhet, fungerar som en mikrofon, som kan kopplas till smartphones och datorer för att låsa upp röstaktiverade säkerhetssystem.

Nanomembran (NM) är molekylärt tunna separationsskikt med tjocklek i nanoskala. Polymer NM har väckt stor uppmärksamhet på grund av sina enastående fördelar inklusive extrem flexibilitet, ultralätt vikt, och utmärkt vidhäftningsförmåga, så att de kan fästas på nästan vilken yta som helst. Dock, de slits lätt och uppvisar ingen elektrisk ledningsförmåga.

Forskargruppen har löst sådana problem genom att bädda in ett silvernanotrådnätverk i ett polymerbaserat nanomembran. Detta har möjliggjort demonstration av hudfästbar och omärklig högtalare och mikrofon. "Vår ultratunna, transparent, och ledande hybrid-NM underlättar konform kontakt med kurvlinjära och dynamiska ytor utan sprickor eller bristningar, " säger Saewon Kang i doktorandprogrammet för energi och kemiteknik vid UNIST, studiens första författare.

Han lägger till, "Dessa lager kan detektera ljud och röstvibrationer som produceras av triboelektriska spänningssignaler som motsvarar ljud, som skulle kunna utforskas ytterligare för olika potentiella tillämpningar, såsom ljudinmatnings-/utgångsenheter."

Genom att använda hybrid-NM, forskargruppen tillverkade hudmonterbara NM-högtalare och mikrofoner, som skulle vara diskreta till utseendet på grund av deras utmärkta transparens och konforma kontaktförmåga. Dessa bärbara högtalare och mikrofoner är papperstunna, men ändå kapabel att leda ljudsignaler.

"Det största genombrottet i vår forskning är utvecklingen av ultratunna, transparent, och ledande hybrid nanomembran med nanoskala tjocklek, mindre än 100 nanometer, " säger professor Ko. "Dessa enastående optiska, elektrisk, och mekaniska egenskaper hos nanomembran möjliggör demonstration av hudfästbar och omärklig högtalare och mikrofon."

De hudmonterade NM-högtalarna fungerar genom att avge termoakustiskt ljud genom den temperaturinducerade svängningen av den omgivande luften. Den periodiska Joule-uppvärmningen som uppstår när en elektrisk ström passerar genom en ledare och producerar värme leder till dessa temperatursvängningar. Den har väckt stor uppmärksamhet för att vara en töjbar, transparent, och högtalare som kan fästas på huden.

Bärbara mikrofoner är sensorer, fäst vid en högtalares hals för att till och med känna av vibrationerna från stämbanden. Denna sensor fungerar genom att omvandla friktionskraften som genereras av oscillationen av den transparenta ledande nanofibern till elektrisk energi. För användning av mikrofonen, hybridnanomembranet sätts in mellan elastiska filmer med små mönster för att exakt detektera ljudet och vibrationerna från stämbanden baserat på en triboelektrisk spänning som resulterar från kontakten med de elastiska filmerna.

"För kommersiella tillämpningar, den mekaniska hållbarheten hos nanomebraner och prestanda hos högtalare och mikrofon bör förbättras ytterligare, " säger professor Ko.