Los ingenieros del MIT han desarrollado un altavoz tan fino como el papel que puede convertir cualquier superficie en una fuente de señal de audio activa.
Este altavoz de película delgada produce sonido con una distorsión mínima mientras usa una fracción de la energía requerida por un altavoz tradicional. El altavoz, del tamaño de una mano, que demostró el equipo, que pesa casi una moneda de diez centavos, puede generar un sonido de alta calidad sin importar a qué superficie esté adherida la película.
Para lograr estas propiedades, los investigadores fueron pioneros en una técnica de fabricación que requiere solo tres pasos básicos y puede ampliarse para producir altavoces ultradelgados lo suficientemente grandes como para cubrir el interior de un automóvil o empapelar una habitación.
Usado de esta manera, el altavoz de película delgada podría proporcionar una cancelación activa de ruido en entornos ruidosos, como la cabina de un avión, al generar un sonido de la misma amplitud pero de fase opuesta; los dos sonidos se anulan entre sí. El dispositivo flexible también podría usarse para entretenimiento inmersivo, tal vez proporcionando audio tridimensional en un teatro o en un parque temático. Y debido a que es liviano y requiere una cantidad tan pequeña de energía para funcionar, el dispositivo es ideal para aplicaciones en dispositivos inteligentes donde la duración de la batería es limitada.
«Resulta extraordinario tomar lo que parece una hoja de papel delgada, adjuntarle dos clips, conectarlo al puerto de auriculares de su computadora y comenzar a escuchar los sonidos que emanan de él. Se puede utilizar en cualquier lugar. Uno solo necesita una pizca de energía eléctrica para hacerlo funcionar», dice en un comunicado Vladimir Bulovic, Presidente Fariborz Maseeh en Tecnología Emergente, líder del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada (ONE Lab), director de MIT.nano y autor principal del artículo.
Un altavoz típico que se encuentra en los auriculares o en un sistema de audio usa entradas de corriente eléctrica que pasan a través de una bobina de cable que genera un campo magnético, que mueve la membrana del altavoz, que mueve el aire sobre él, que produce el sonido que escuchamos. Por el contrario, el nuevo altavoz simplifica el diseño del altavoz mediante el uso de una película delgada de un material piezoeléctrico con forma que se mueve cuando se aplica voltaje sobre él, lo que mueve el aire sobre él y genera sonido.
La mayoría de los altavoces de película delgada están diseñados para ser independientes porque la película debe doblarse libremente para producir sonido. Montar estos altavoces en una superficie impediría la vibración y dificultaría su capacidad para generar sonido.
Para superar este problema, el equipo del MIT replanteó el diseño de un altavoz de película delgada. En lugar de que todo el material vibre, su diseño se basa en pequeñas cúpulas sobre una fina capa de material piezoeléctrico que vibra individualmente. Estas cúpulas, cada una de las cuales tiene solo unos pocos cabellos de ancho, están rodeadas por capas espaciadoras en la parte superior e inferior de la película que las protegen de la superficie de montaje y les permiten vibrar libremente. Las mismas capas espaciadoras protegen las cúpulas de la abrasión y los impactos durante el manejo diario, mejorando la durabilidad del altavoz.
Para construir el altavoz, los investigadores usaron un láser para cortar pequeños agujeros en una lámina delgada de PET, que es un tipo de plástico liviano. Laminaron la parte inferior de esa capa de PET perforada con una película muy delgada (tan delgada como 8 micrones) de material piezoeléctrico, llamado PVDF. Luego aplicaron vacío sobre las láminas unidas y una fuente de calor, a 80 grados centígrados, debajo de ellas.
Debido a que la capa de PVDF es tan delgada, la diferencia de presión creada por el vacío y la fuente de calor hizo que se abultara. El PVDF no puede abrirse camino a través de la capa de PET, por lo que pequeñas cúpulas sobresalen en áreas donde no están bloqueadas por PET. Estas protuberancias se autoalinean con los orificios de la capa de PET. Luego, los investigadores laminan el otro lado del PVDF con otra capa de PET para que actúe como espaciador entre las cúpulas y la superficie de unión.
«Este es un proceso muy simple y directo. Nos permitiría producir estos altavoces con un alto rendimiento si lo integramos con un proceso continuo en el futuro. Eso significa que podría fabricarse en grandes cantidades, como papel tapiz para cubrir paredes, automóviles o interiores de aviones», dice Han.
Las cúpulas tienen 15 micras de altura, aproximadamente una sexta parte del grosor de un cabello humano, y solo se mueven hacia arriba y hacia abajo alrededor de media micra cuando vibran. Cada cúpula es una sola unidad de generación de sonido, por lo que se necesitan miles de estas diminutas cúpulas que vibran juntas para producir un sonido audible.
