Команда из Массачусетского технологического института и Школы дизайна Род-Айленда разработала акустическую ткань, которая работает как микрофон, преобразовывая звук в механические вибрации, прежде чем передавать их в электрические сигналы, как наши уши.
Все ткани вибрируют в ответ на звук, даже если эти вибрации имеют наномасштаб и поэтому слишком малы, чтобы их можно было воспринять. Чтобы уловить эти тонкие сигналы, исследователи разработали гибкое волокно, которое изгибается вместе с тканью, как это делают водоросли на поверхности океана, когда они переплетаются с ней.
Материал преобразует звуковые волны в электрические сигналы с помощью «пьезоэлектрического» процесса: он может улавливать громкие звуки между тихой библиотекой и городским движением и определять их направление. Акустическая ткань также способна определять характеристики сердцебиения владельца и, в свою очередь, генерировать звуки.
Возможные применения
Исследование с подробным описанием устройства был опубликован на природа. Ведущий автор Вэй Ян видит много применений для акустической ткани.
Вы можете разговаривать с акустической одеждой, чтобы отвечать на звонки и взаимодействовать с другими людьми. Кроме того, с помощью этой ткани можно отслеживать проблемы с сердцем и дыханием в режиме реального времени, постоянно и в долгосрочной перспективе.
Исследователи предсказывают, что ткань с направленным восприятием звука может помочь людям с нарушениями слуха настроиться на динамик в шумной обстановке. Акустическая ткань может быть встроена в одежду для беременных, чтобы контролировать сердцебиение плода.
Опять же, его можно было бы даже интегрировать в здания, чтобы «услышать» трещины и деформацию. Границы обширны.
Звуковое наслоение
Ткань уже давно используется для приглушения звука: вспомните ковер в наших домах или панели для звукоизоляции комнат. Команда Массачусетского технологического института много лет работала над добавлением функций тканям за счет улучшения характеристик материалов. В данном случае они были вдохновлены невероятным инструментом: человеческим ухом.
В ухе звуковые волны из внешнего мира преобразуются в вибрации и электрические сигналы. Когда эти волны достигают нашего уха, в чрезвычайно чувствительном и сложном трехмерном органе, называемом тимпан, переводятся в механические колебания круговым слоем волокон. Затем колебания собираются мелкими костями и передаются во внутреннее ухо, где улитка преобразует волны в электрические сигналы, которые распознаются и интерпретируются мозгом.
Команда хотела создать «ухо», которое было бы мягким, прочным, удобным и способным улавливать звук. Его исследование показало, что для такой акустической ткани потребуются жесткие или «высокомодульные» волокна для эффективного преобразования звуковых волн в вибрации.
Следуя этим рекомендациям, команда создала первый блок материала, состоящий из пьезоэлектрического слоя и других элементов, усиливающих вибрации в ответ на звуковые волны. Затем блок размером с толстый маркер нагревали и «перетирали» на тонкие и очень длинные волокна (около 40 метров). Новая умная ткань.
Приятного прослушивания
Ученые проверили звуковую чувствительность волокна, прикрепив его к листу бумаги. майлар свисающие с потолка. Они использовали лазер для оценки вибрации листа и, следовательно, волокна в ответ на звуки, издаваемые соседним динамиком.
Характеристики волокна на мембране были сопоставимы с характеристиками ручного микрофона.
Затем команда сплела волокно с обычной пряжей, чтобы получить драпируемые тканевые панели, которые можно стирать в машине.
«Это похоже на легкую куртку, легче джинсовой ткани, но тяжелее классической рубашки», — говорит соавтор. Элизабет Мейкледжон, который прял акустическую ткань на стандартном ткацком станке.
Это исследование предлагает совершенно новый подход к тканям, чтобы прислушиваться к нашему телу и окружающему миру.
