Исследователи из Технологического института Джорджии и Университета штата Мичиган разработали гибкий композит, который способен превращать электричество в механическую в электричество и наоборот.

Развитие портативной электроники ставит перед разработчиками ряд ограничений. Так, из-за отсутствия надежных прототипов небольших и емких аккумуляторов эти устройства могут быть сравнительно громоздкими, тогда как акцент на миниатюризации приводит к необходимости частой подзарядки. В качестве альтернативы предлагаются технологии, позволяющие получать электричество с помощью общедоступных источников. В частности, в 2016 году группа ученых из Китая и США представила масштабируемые наногенераторы, использующие для выработки электрического тока трения. Ранее источником энергии выступал звук.

В декабре минувшего года инженеры из Университета штата Мичиган показали новый композит FENG, который может генерировать электричество на основе механической энергии. Главным образом материал состоял из ферроэлектретного полипропилена с пористой структурой. Пустоты основного слоя представляли собой магнитные диполи. Магнитные моменты полимера, покрытого металлом с двух сторон, менялись вслед за деформацией материала, в результате чего между электродами возникало электричество. В рамках демонстрации авторы создали на основе технологии ряд автономных устройств, в том числе гибкую клавиатуру.

Механизмы превращения механической энергии в электричество (a, b, c) и электричества в механическую энергию (a, d, e) / ©Wei Li et al., Nature Communications, 2017

В новой статье они описали механизм, который позволяет представленному материалу работать в обратном направлении: получать механическую энергию из электрического тока. Благодаря небольшой толщине (около 0,1 миллиметра) с его помощью создали мембраны для аудиоустройств. Первый прототип представил собой лист композитного материала, который выполнял функцию микрофона. При произнесении кодовой фразы определенным пользователем система сумела разблокировать компьютер после завершения сессии. Таким образом, ее чувствительность оказалось достаточной для распознавания голосов.

На втором этапе исследователи создали флаг Университета штата Мичиган, в который были вмонтированы фрагменты нового материала. После подключения к усилителю и плееру это позволило воспроизвести посредством флага гимн учреждения. Кроме того, авторы сделали с помощью материала аудиозапись отрывка из оперы «Травиата»: в сочетании с усилителем это обеспечило сравнительно «чистый» звук. По мнению ученых, новый композит может использоваться, например, как динамик или микрофон в смарт-часах. В будущем на основе устройства можно создать газету, которая вслух «читает» текст по команде.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Видеосюжет об исследовании / ©Michigan State University