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, хотя эти вибрации находятся на наноуровне и поэтому слишком малы, чтобы их можно было уловить. Чтобы уловить эти тонкие сигналы, исследователи разработали гибкое волокно, которое сгибается вместе с тканью, как это делают водоросли на поверхности океана, когда они запутываются в ней.
Материал преобразует звуковые волны в электрические сигналы посредством «пьезоэлектрического» процесса: он может улавливать интенсивные звуки между тихой библиотекой и городским движением и определять их направление. Акустическая ткань также способна определять характеристики сердцебиения пользователя и, в свою очередь, генерировать звуки.
Возможные применения
Исследование с подробным описанием устройства был опубликован на природа. Главный 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 прогнозируют, что направленная звукочувствительная ткань может помочь людям с потерей слуха настроиться на динамик в шумной обстановке. Акустическая ткань может быть использована в одежде для беременных, чтобы контролировать сердцебиение плода.
Более того, его можно даже интегрировать в здания, чтобы «прислушиваться» к трещинам и деформациям. Границы очень обширны.
Звуковое наслоение
Ткань издавна использовалась для приглушения или приглушения звука: вспомните ковер в наших домах или панели в звуконепроницаемых комнатах. Команда MIT уже много лет работает над добавлением функциональности тканям за счет улучшения характеристик материалов. В данном случае их вдохновил невероятный инструмент: человеческое ухо.
В ухе звуковые волны 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 вибрации кольцевым слоем волокон. Затем вибрации улавливаются 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 такая акустическая ткань потребует жестких или «высокомодульных» волокон для эффективного преобразования звуковых волн в вибрации.
Следуя этим рекомендациям, команда создала первый блок материала, состоящий из пьезоэлектрического слоя и других элементов, которые усиливают вибрации в ответ на звуковые волны. Блок размером с толстый маркер затем нагревали и «растирали» 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.
«По ощущениям это почти легкая куртка: 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.
