Ny forskning gör att ljudfrekvenser kan blandas ihop, förstärkt och utjämnad -- allt inom samma millimeterstora enhet. Kredit:David Horsell / University of Exeter
En banbrytande ny teknik som uppmuntrar undermaterialet grafen att "prata" kan revolutionera den globala ljud- och telekommunikationsindustrin.
Forskare från University of Exeter har tagit fram en banbrytande metod för att använda grafen för att generera komplexa och kontrollerbara ljudsignaler. I huvudsak, den kombinerar högtalare, förstärkare och grafisk equalizer till ett chip av storleken på en miniatyrbild.
Traditionella högtalare vibrerar mekaniskt för att producera ljud, med en rörlig spole eller membran som trycker luften runt den fram och tillbaka. Det är en skrymmande teknik som knappt har förändrats på mer än ett sekel.
Denna innovativa nya teknik involverar inga rörliga delar. Ett lager av det atomärt tunna materialet grafen värms snabbt upp och kyls av en elektrisk växelström, och överföring av denna termiska variation till luften får den att expandera och dra ihop sig, och genererar därmed ljudvågor.
Även om omvandlingen av värme till ljud inte är ny, Exeter-teamet är de första som visar att denna enkla process gör att ljudfrekvenser kan blandas ihop, förstärkt och utjämnad – allt inom samma millimeterstora enhet. Med grafen som nästan är helt transparent, förmågan att producera komplexa ljud utan fysisk rörelse skulle kunna öppna upp en ny gyllene generation av audiovisuell teknik, inklusive mobiltelefonskärmar som överför både bild och ljud.
Ny forskning gör att ljudfrekvenser kan blandas ihop, förstärkt och utjämnad - allt inom samma millimeterstora enhet. Kredit:David Horsell / University of Exeter
Forskningen är publicerad i en ledande tidskrift, Vetenskapliga rapporter .
Dr David Horsell, en universitetslektor i Quantum Systems and Nanomaterials Group i Exeter och huvudförfattare till artikeln förklarade:"Termoakustik (omvandling av värme till ljud) har förbisetts eftersom det anses vara en så ineffektiv process att den inte har några praktiska tillämpningar. Vi tittade på istället på det sätt som ljudet faktiskt produceras och fann att genom att kontrollera den elektriska strömmen genom grafenen kunde vi inte bara producera ljud utan kunde ändra dess volym och specificera hur varje frekvenskomponent förstärks. Sådan förstärkning och kontroll öppnar upp en rad verkliga -världsapplikationer som vi inte hade tänkt oss."
De nya tillämpningarna som teamet har i åtanke inkluderar ultraljudsavbildning, för användning på sjukhus och andra medicinska anläggningar i framtiden.
Den kända höga styrkan och flexibiliteten hos grafen skulle tillåta intim ytkontakt vilket leder till mycket bättre avbildning. Dessutom, det faktum att de akustiska enheterna som Exeter-teamet har tagit fram är enkla och billiga gör koncept som intelligenta bandage som övervakar och behandlar patienter direkt till en verklig möjlighet.
Dr Horsell tillade:"Frekvensblandningen är nyckeln till nya applikationer. Den ljudgenererande mekanismen tillåter oss att ta två eller flera olika ljudkällor och multiplicera dem tillsammans. Detta leder till effektiv generering av ultraljud (och infraljud). det mest spännande är att det här multiplikationstricket görs på ett anmärkningsvärt enkelt och kontrollerbart sätt. Detta kan ha en verklig inverkan inom telekommunikationsindustrin, som behöver kombinera signaler på detta sätt men för närvarande använder ganska komplexa och, därför, kostsamma metoder för att göra det."
