23 aprilie 2024 (Spot Nanowerk) Imaginați-vă un viitor în care țesătura perdelelor, tapetului sau chiar a îmbrăcămintei ar putea anula în mod activ zgomotele exterioare perturbatoare – creând spații liniștite în case aglomerate, birouri sau în timpul navetei zilnice. Ce se întâmplă dacă aceste materiale ar putea fi, de asemenea, „reglate” pentru a regla dinamic acustica unei camere, optimizând calitatea sunetului pentru activități precum ascultarea muzicii, conversația sau somnul liniștit? Astfel de capabilități ar putea transforma mediile de zi cu zi și relația noastră cu sunetul. În timp ce această viziune poate suna ca o ficțiune științifico-fantastică, o descoperire recentă în domeniul materialelor acustice o aduce cu un pas mai aproape de realitate. Expunerea cronică la poluarea fonică este o problemă de sănătate publică larg răspândită, peste 145 de milioane de oameni numai în SUA sunt supuși unor niveluri de zgomot potențial dăunătoare, conform Organizației Mondiale a Sănătății. În timp ce tehnologii precum căștile cu anulare a zgomotului oferă răgaz în situații limitate, controlul sunetului în spații mai mari rămâne o provocare semnificativă. Metodele tradiționale de reducere a zgomotului în clădiri se bazează pe materiale fonoabsorbante, cum ar fi panourile fibroase groase, care sunt adesea voluminoase, inestetice și mai puțin eficiente la frecvențe mai mici. Alternativ, sistemele active de control al zgomotului emit sunete „anti-zgomot” pentru a anula zgomotul nedorit, dar sunt dificil de implementat la scară largă. În căutarea unor noi soluții, un studiu publicat în Materiale avansate („Țesături de mătase și bumbac cu un singur strat pentru emisie acustică și suprimare activă a sunetului”) investighează un candidat neașteptat pentru controlul avansat al sunetului: țesăturile obișnuite. Cercetătorii, cu sediul în principal la MIT, au recunoscut potențialul neexploatat ca textilele subțiri și ușoare să funcționeze nu numai ca transmițători de vibrații sonore, ci și ca sisteme acustice active capabile să genereze și să manipuleze undele sonore.
Mostre de țesătură de mătase a) în stare de suspendare și b) montate într-un cadru circular. Simbolul AC reprezintă tensiunea furnizată fiecărei țesături. c) SPL (măsurat la 2.5 cm) emis de Mylar într-un cadru, mătase într-un cadru și mătasea suspendată în timpul jocului „Aer” (Bach). Exemple de sunete la diferite SPL sunt furnizate pentru referință. d) Spectrogramele audio și înregistrările originale de la un difuzor comercial, Mylar într-un cadru, mătasea într-un cadru și mătasea suspendată. (Imagine: Retipărit din DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) Pentru a-și construi „difuzorul din material”, au început prin a crea o fibră piezoelectrică flexibilă de aproximativ 1 mm în diametru. La miezul fibrei se află un material piezoelectric, un tip de material „inteligent” care se extinde și se contractă atunci când este stimulat de o tensiune electrică. Acesta este înconjurat de straturi de electrozi și o placare exterioară de protecție. Când se aplică tensiune alternativă, fibra se îndoaie rapid înainte și înapoi, acționând ca un generator de vibrații. Șuvițe simple din această fibră piezoelectrică, cu lungimea cuprinsă între 7 și 12 cm, au fost apoi cusute pe diverse mostre de țesături, inclusiv mătase, muselină de bumbac și pânză. În ciuda structurii țesute complexe, țesăturile imitau îndeaproape modelele vibraționale ale unei plăci dreptunghiulare sau circulare simple - un sistem clasic bine înțeles în acustică. Cu fibra de acționare atașată, textilele funcționau ca difuzoare audibile, producând niveluri de sunet până la cele ale conversației normale.
a) Schema configurației de măsurare pentru colectarea datelor SPL și viteza de la un difuzor textil într-un cadru. b) Răspunsul în frecvență măsurat al vitezei medii și SPL al difuzorului cu fibră pe pânză și rezultate din simulările COMSOL. Nivelul de zgomot este de aproximativ 35 dB. c) Modele de deplasare măsurate în comparație cu d) modele de deplasare simulate ale primelor patru moduri de rezonanță. (Imagine: Retipărit din DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) În mod interesant, cercetătorii au descoperit că dimensiunea porilor țesăturii i-a influențat eficiența acustică. În mătasea țesută strâns, majoritatea porilor erau mai mici decât stratul subțire de aer care se „lipește” de suprafețele firelor din cauza vâscozității. Acest lucru a permis mătăsii să împingă eficient aerul pentru a genera unde sonore. Muslina, cu pori mai liberi, a lăsat să treacă mai mult aer prin care i-a redus emisia de sunet. Cu toate acestea, adevărata valoare a acestor difuzoare din material constă în capacitățile lor unice de control activ al sunetului. Într-un mod, difuzorul generează unde sonore perfect opuse zgomotului de intrare, astfel încât cele două se anulează reciproc. Echipa a demonstrat că acest lucru ar putea reduce sunetul cu un impresionant 37 de decibeli într-o anumită locație. Și mai remarcabil a fost un al doilea mecanism de blocare a sunetului, care se bazează pe suprimarea vibrațiilor din țesătură în sine. Multe sunete pe care le auzim provin din sau sunt transmise prin obiecte solide care vibrează. Folosind fibra piezoelectrică pentru a induce vibrații compensatoare, cercetătorii au „pacificat” mișcarea țesăturii, obținând o reducere cu 95% a vibrațiilor de suprafață și o scădere cu 75% a sunetului transmis. Incredibil, această anulare a vibrațiilor blochează sunetul peste tot dincolo de materialul pacificat. Un efect secundar intrigant este că sunetele blocate de la vibrarea țesăturii sunt în schimb reflectate, reflectivitatea țesăturii fiind crescută cu până la 68%.
a) În modul de transmisie, undele sonore de intrare dau naștere la vibrații într-o țesătură pasivă. Aceste vibrații transferă energie în aer sub formă de sunet. b) Fibra piezoelectrică din țesătură face ca țesătura să vibreze, ducând la emisia de sunet. c) Undele sonore rezultate din sunetul care este transmis prin țesătură interferează cu undele sonore induse de fibra piezoelectrică care vibrează țesătura. Această interferență poate provoca anularea sunetului într-un anumit punct din spațiu. d) Fibra piezoelectrică induce vibrații mecanice care interferează distructiv pe suprafața țesăturii cu cele induse de undele sonore de intrare, subminând suprafața țesăturii și împiedicând transmiterea sunetului prin aceasta. (Imagine: Retipărit din DOI:10.1002/adma.202313328, CC BY) Descoperirile sugerează un viitor în care țesăturile acustice ușoare pot fi folosite pentru a sculpta dinamic zgomotul și peisajele sonore din clădiri, vehicule, carcase de mașini sau dispozitive portabile. Fibrele subțiri pot fi integrate imperceptibil în timpul fabricării textilelor pentru a menține aspectul și senzația materialului. Provocări rămân în scalarea acestor prototipuri de laborator pentru controlul complex al zgomotului în lumea reală, care necesită probabil rețele de multe fibre piezoelectrice și algoritmi avansati de control al învățării automate pentru a contracara cu precizie sursele de zgomot. Durabilitatea pe termen lung și eficiența energetică a țesăturilor conduse activ vor trebui, de asemenea, stabilite. Dar această cercetare evidențiază o nouă direcție interesantă, transformând țesăturile în interfețe acustice inteligente prin puterea științei materialelor inteligente.
– Michael este autorul a trei cărți ale Societății Regale de Chimie:
Nano-Society: Impingerea limitelor tehnologiei,
Nanotehnologie: Viitorul este minuscul, și
Nanoinginerie: abilitățile și instrumentele care fac tehnologia invizibilă
Copyright ©
Nanowerk LLC
Deveniți un autor invitat Spotlight! Alăturați-vă grupului nostru mare și în creștere de colaboratori invitați. Tocmai ați publicat o lucrare științifică sau aveți alte dezvoltări interesante de împărtășit cu comunitatea nanotehnologiei? Iată cum să publicați pe nanowerk.com.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=65082.php
- :este
- :nu
- :Unde
- $UP
- 1
- 10
- 11
- 12
- 145
- 2%
- 23
- 29
- 31
- 32
- 35%
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 95%
- a
- AC
- Conform
- realizarea
- actorie
- activ
- activ
- activităţi de
- regla
- avansat
- AIR
- algoritmi
- permis
- singur
- de asemenea
- an
- și
- aspect
- aplicat
- SUNT
- în jurul
- AS
- At
- atașat
- Perceptibil
- audio
- autor
- in medie
- departe
- b
- înapoi
- bazat
- BE
- început
- Berger
- Dincolo de
- blocat
- Blocuri
- Manuale
- limitele
- descoperire
- Aduce
- construi
- de clădiri
- ocupat
- dar
- by
- CAN
- candidat
- pânză
- capacități
- capabil
- Provoca
- cauze
- Centru
- contesta
- provocări
- chimie
- circulară
- îndeaproape
- mai aproape
- Îmbrăcăminte
- Colectare
- comercial
- comunitate
- Naveta
- comparație
- complex
- contracte
- Control
- controlul
- Conversație
- Nucleu
- ar putea
- Contracara
- înscrie-te la cursul
- Crearea
- zilnic
- de date
- Data
- demonstrat
- În ciuda
- evoluții
- Dispozitive
- diferit
- dificil
- direcţie
- deplasare
- brizant
- condus
- Picătură
- două
- durabilitate
- în timpul
- dinamic
- fiecare
- efect
- Eficace
- în mod eficient
- eficiență
- electric
- de emisie
- energie
- eficiența energetică
- medii
- stabilit
- Eter (ETH)
- Chiar
- de fiecare zi
- pretutindeni
- exemple
- captivant
- se extinde
- Expunere
- țesătură
- țesături
- simţi
- fibre
- Ficţiune
- camp
- constatările
- First
- flexibil
- Podea
- Pentru
- formă
- mai departe
- găsit
- patru
- FRAME
- Frecvență
- din
- funcţie
- viitor
- genera
- generează
- generator
- generator
- gif
- Da
- dat
- Oferirea
- grup
- În creştere
- Oaspete
- nociv
- Avea
- Căşti
- Sănătate
- auzi
- highlights-uri
- aluzie
- Case
- Cum
- Cum Pentru a
- Totuși
- HTTPS
- if
- imagine
- imagina
- punerea în aplicare a
- impresionant
- in
- Inclusiv
- Intrare
- a crescut
- incredibil
- induce
- influențat
- in schimb
- integrate
- Inteligent
- interfeţe
- interfera
- ingerinţă
- în
- intrigant
- investighează
- problema
- IT
- ESTE
- în sine
- alătura
- jpg
- doar
- de laborator
- mare
- mai mare
- strat
- straturi
- conducere
- învăţare
- mai puțin
- lăsa
- nivelurile de
- se află
- categorie ușoară
- ca
- Probabil
- Limitat
- Ascultare
- locaţie
- siglă
- Lung
- pe termen lung
- LOWER
- maşină
- masina de învățare
- mașini
- menține
- Efectuarea
- manipulant
- de fabricaţie
- multe
- material
- Materiale
- Mai..
- măsurat
- măsurare
- mecanic
- mecanism
- Metode
- Michael
- De mijloc
- milion
- MIT
- mod
- moduri de
- mai mult
- cele mai multe
- mişcare
- Muzică
- nume
- nanotehnologie
- Nevoie
- rețele
- Nou
- noi soluții
- Zgomot
- de anulare a zgomotului
- normală.
- obiecte
- of
- oferi
- Birouri
- compensarea
- de multe ori
- on
- ONE
- afară
- pe
- opus
- optimizarea
- or
- obișnuit
- organizație
- original
- Altele
- al nostru
- afară
- exterior
- peste
- Panouri
- Hârtie
- special
- trece
- pasiv
- modele
- oameni
- perfect
- PHP
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- joc
- Punct
- Poluare
- potenţial
- potenţial
- putere
- tocmai
- în primul rând
- producând
- De protecţie
- prototipuri
- prevăzut
- public
- sănătate publică
- publica
- publicat
- editor
- Împinge
- împingerea
- calitate
- liniştit
- variind
- repede
- lumea reală
- Realitate
- recent
- recunoscut
- reduce
- Redus
- reducerea
- reducere
- referință
- reflectat
- relaţie
- se bazează
- se bazează
- rămâne
- rămășițe
- remarcabil
- reprezintă
- cercetare
- cercetători
- răspuns
- rezultând
- REZULTATE
- Ridica
- Cameră
- aproximativ
- regal
- s
- cântare
- scalare
- Ştiinţă
- Romane științifico-fantastice
- ştiinţific
- Caută
- Al doilea
- configurarea
- Distribuie
- parte
- semnificativ
- mătase
- simplu
- simulări
- singur
- situații
- Mărimea
- aptitudini
- dormi
- mai mici
- inteligent
- So
- Societate
- solid
- soluţii
- Suna
- sunete
- peisaje sonore
- Surse
- Spaţiu
- spații
- Vorbitor
- difuzoare
- viteză
- spl
- Reflector
- Stat
- Pas
- bastoane
- Suvite
- structura
- Studiu
- astfel de
- furnizat
- suprimarea
- suprimarea
- Suprafață
- inconjurat
- simbol
- sistem
- sisteme
- echipă
- Tehnologii
- Tehnologia
- textile
- decât
- acea
- Viitorul
- lumea
- lor
- apoi
- Acestea
- ei
- subțire
- acest
- aceste
- trei
- Prin
- strans
- la
- Unelte
- tradiţional
- transfer
- Transforma
- transformare
- transmisie
- emițătoare
- adevărat
- valoare adevarata
- reglate
- Două
- tip
- Neașteptat
- unic
- neexploatat
- nedorit
- actualizări
- URL-ul
- us
- utilizat
- folosind
- valoare
- diverse
- Vehicule
- Viteză
- viziune
- Voltaj
- a fost
- valuri
- we
- purtabil
- dispozitive purtabile
- au fost
- Ce
- cand
- care
- în timp ce
- pe scară largă
- voi
- cu
- lume
- Organizația Mondială a Sănătății
- țesut
- tu
- Ta
- zephyrnet
Mai mult de la Nanowerk
Cercetătorii lansează un model open-source de resturi spațiale
Nodul sursă: 2439210
Timestamp-ul: Jan 12, 2024
Decodificarea neuroștiinței din spatele ChatGPT
Nodul sursă: 1965012
Timestamp-ul: Februarie 18, 2023
Hubble găsește în mod neașteptat un quasar dublu în univers îndepărtat
Nodul sursă: 2048568
Timestamp-ul: Aprilie 5, 2023
Noul polimer vindecabil și reciclabil permite roboților moi adaptabili
Nodul sursă: 2198598
Timestamp-ul: August 4, 2023
Tehnologia revoluționară LCD creează afișaje cu holograme dinamice pline de culoare
Nodul sursă: 2511129
Timestamp-ul: Mar 11, 2024
Misteriosii giganți negri care ne controlează galaxiile
Nodul sursă: 1966503
Timestamp-ul: Februarie 18, 2023
Ordinea de stivuire și deformarea stimulează generația a doua armonică cu hetero-bilastraturi 2D Janus
Nodul sursă: 2292508
Timestamp-ul: Septembrie 26, 2023
Filmele cu raze X la scară nanometrică dezvăluie detalii fizice și chimice fără precedent despre modul în care funcționează o baterie litiu-ion
Nodul sursă: 2276423
Timestamp-ul: Septembrie 16, 2023
Cercetătorii măsoară consensul global asupra utilizării etice a inteligenței artificiale
Nodul sursă: 2329581
Timestamp-ul: Octombrie 15, 2023
Transformări microscopice ale suprafețelor electrocatalizatorului
Nodul sursă: 2221651
Timestamp-ul: August 18, 2023