酷应用

贴上它，做出场自带BGM的人！科学家开发出可穿戴薄膜麦克风

百家作者：DeepTech深科技 2018-08-07 13:20:44

各式纳米材料多年来已被用于麦克风和扬声器。纳米颗粒已代替扬声器中的永久磁体，而薄膜中的碳纳米纤维也以相似的方式工作，一些人也尝试用石墨烯制造麦克风的声音。

现在，韩国蔚山科学技术大学校的研究者制造了银纳米导线制成的纳米膜，用作可伸缩扬声器和麦克风。研究者甚至证明了他们的纳米膜可以演奏帕格尼尼的小提琴协奏曲《钟声回旋曲》。此外，这种“智能皮肤”还可以嵌入耳朵或喉咙，对听力和语言障碍有所帮助。

这项研究在 8 月 3 日刊登在《Science Advances》杂志上。韩国研究者将这些银纳米线圈包在多聚物纳米膜上。为了制造这一比一次性纹身更薄的麦克风，研究人员设计了伸缩性电子设备，它可以随皮肤伸展和弯曲，同时可以不损失导电和导热性能。

通过对不同材料的测试，科学家最终使用了一个涂有多层聚合物的银导线网格，这个设备是透明的、可伸缩的并能传输声信号。

研究者选择纳米线而不是其他纳米材料是因为，其他材料如石墨烯和碳纳米管在纳米尺度上的机械强度还不够。而选择银则是因为银比其他材料更容易与这种多聚物杂合。

“我们研究中最大的突破在于，我们成功开发出了薄于 100 纳米的超薄透明导电杂化纳米膜，”Hyunhyub Ko 说。“这些超凡的光学、电学和机械性能可作为皮肤可接触式扬声器和麦克风。”Ko 是蔚山科学技术大学校的副教授，也是这项研究的工作者。

纳米膜扬声器通过由温差引起的周围空气的振荡来发出声音。在接收到音乐播放器的信号后，电流通过导线产生周期性焦耳发热，这一过程可以将线圈加热到约 33℃，产生了温度震荡，进而通过改变周围空气压力产生声音。我们的耳朵可以接收到这种气压形成的声波。

而麦克风的工作原理这是通过夹在具有微小图案弹性膜之间的杂合纳米膜实现的。纳米膜通过摩擦电压可精确检测到声音震动。麦克风也可以通过反向操作将语音声波转换回电信号，然后通过智能手机或电脑进行储存和播放。

图 | 纳米膜贴在皮肤上后的效果，右图白色横线代表 1 mm。（图源：Science Advances）

在扬声器和麦克风中，银纳米线既能提供导电性，又能使纳米膜具有独立的机械强度。该研究小组还在的文章中指出，设备可以检测来自口腔的声波，也可以从声带震动中识别单词。

研究人员通过 4 个实验者用语音识别解锁智能手机对麦克风进行测试，其中只有一个用户是注册用户。在超过 10 次测试中，系统能够超过 98% 的正确率识别声音。

虽然研究者通过皮肤纳米膜证明了技术的可行性，但这并不意味着技术已经可以被实际应用。研究人员表示，该扬声器的性能与扬声器尺寸和温度变化成比例。如果直接接触皮肤，为发出足够大音量，每块单位面积上的输入功率会增加太多。

此外，Ko 补充到，“对于商业应用，纳米膜的机械耐久度还需要进一步提高。”

研究者认为，下一步将提高智能皮肤语音输出的质量和音量，以及在麦克风区分不同语音时的准确性。他们还希望能找到更好的材料用以大规模生产。

-End-

编辑：戴青

参考：
https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/nanomembrane-sticks-to-your-skin-and-plays-music
https://www.sciencemag.org/news/2018/08/these-tiny-stretchy-speakers-and-microphones-let-your-skin-play-music
http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaas8772