Pellicole ultrasottili potrebbero sostituire i componenti pesanti e ad alto consumo energetico degli altoparlanti odierni, alleggerendo i sistemi e rendendoli più sostenibili dal punto di vista ambientale. Ciò non solo semplificherebbe la vita ai tecnici e agli operatori di palco che devono impilare torri di altoparlanti in stadi e sale da concerto, ma potrebbe anche ridurre la domanda di elettricità in milioni di case. I trasduttori magnetici negli altoparlanti PA e da palco consumano molta elettricità. Non è raro che i livelli di potenza raggiungano centinaia di migliaia di watt in occasione di eventi su larga scala. Ma anche il consumo energetico degli impianti audio surround domestici (sistemi musicali o home theater) è considerevole. La maggior parte di noi sa quanto velocemente un altoparlante a batteria (wireless) debba essere ricaricato.
Ma la nuova tecnologia sviluppata dal professor Stefan Seelecke e dal suo team di ricerca presso il Laboratorio di Sistemi di Materiali Intelligenti dell'Università della Saarland e ZeMA (Centro per la Tecnologia Meccatronica e di Automazione) di Saarbrücken è molto più efficiente dal punto di vista energetico. La loro tecnologia non si basa su materiali costosi e difficili da reperire; Tutto ciò che serve è una pellicola di silicone, del nerofumo e un'unità di controllo intelligente. Questi nuovi sistemi di azionamento basati su pellicole offrono la possibilità di creare altoparlanti con forme completamente nuove. I nostri sistemi di materiali intelligenti realizzati con elastomeri dielettrici aprono la possibilità di ripensare gran parte di ciò che sappiamo nel campo dell'acustica. "Questi sistemi potrebbero contribuire a rendere la tecnologia degli altoparlanti più sostenibile e a svilupparla in nuove direzioni", ha affermato il professor Stefan Seelecke.
La gamma di potenziali applicazioni è molto ampia. Ad esempio, le pellicole potrebbero essere integrate in tessuti applicati a parete per annullare attivamente il rumore ambientale, oppure, se indossate sul corpo, potrebbero emettere segnali acustici. Il team di ricerca di Saarbrücken presenterà la sua tecnologia alla Fiera di Hannover di quest'anno, dove cercherà partner commerciali e industriali con cui ricercare e sviluppare la tecnologia per nuove applicazioni.
La tecnologia si basa su sottili pellicole di silicone rivestite con uno strato elettricamente conduttivo per creare elastomeri dielettrici che richiedono solo livelli molto bassi di energia elettrica per funzionare. Variando il campo elettrico applicato, il team di ricerca può far vibrare l'elastomero ad alte frequenze o fargli eseguire movimenti di flessione a variazione continua. Se la pellicola elastomerica viene arrotolata, può essere utilizzata come un nuovo tipo di trasduttore per altoparlanti, sostituendo i pesanti e dispendiosi in termini di energia elettromagneti o magneti permanenti che azionano i diaframmi. "Gli altoparlanti riproducono frequenze basse ricche.
Uno strato di elettrodi altamente flessibile a base di nerofumo è stampato su entrambi i lati della pellicola di silicone", spiega il professor Paul Motzki, che ha svolto ricerche in questo campo come borsista post-dottorato nel team di Seelecke. "Se applichiamo una tensione all'elastomero, gli elettrodi si attraggono a vicenda, comprimendo il polimero e causandone l'espansione laterale, aumentandone così la superficie", spiega Motzki, che ora è professore interistituzionale di sistemi di materiali intelligenti per la produzione innovativa presso l'Università della Saarland e ZeMA, dove dirige l'area di ricerca "Smart Material Systems". Poiché si contraggono in questo modo, i fogli di polimero sono stati anche soprannominati muscoli artificiali. Ogni volta che cambiano forma, cambia anche la capacità elettrica della pellicola. Ogni valore di capacità corrisponde a una posizione specifica del foglio. La pellicola diventa così un sensore autonomo. Combinando i dati di misurazione con algoritmi intelligenti, il team può programmare sequenze di movimento estremamente rapide e quindi controllare con precisione il comportamento della pellicola elastomerica. Modificando il campo elettrico applicato, i ricercatori possono far pulsare, oscillare o flettere la pellicola alla frequenza desiderata.
La pellicola può anche essere indotta a generare toni acustici singoli o multipli, sovrapponendone diversi, trasformando così la pellicola elastomerica in un altoparlante. A seconda dell'applicazione, la pellicola può essere utilizzata sia come sistema di azionamento che come generatore di suono. "Possiamo sviluppare soluzioni tecniche con forme e design innovativi, incredibilmente compatte, di pochi millimetri di spessore", spiega Sophie Nalbach, che ha lavorato su pellicole intelligenti nell'ambito della sua tesi di dottorato nel gruppo del professor Seelecke e ora è a capo di un gruppo di ricerca nell'area "Smart Materials Systems" presso ZeMA. Sebbene le pellicole non spostino abbastanza aria da eguagliare le prestazioni degli altoparlanti convenzionali attuali, potrebbero essere incorporate in tessuti in grado di emettere segnali acustici di avvertimento.
Contesto:
La tecnologia qui presentata è stata studiata e sviluppata in diversi progetti di ricerca di dottorato. I risultati sono stati pubblicati come articoli su varie riviste scientifiche. Il lavoro di ricerca ha anche ricevuto il supporto di numerose fonti. Ad esempio, il governo del Land della Saarland ha fornito un sostegno finanziario attraverso il progetto BEAT, un progetto collaborativo con l'azienda Stamer GmbH, con sede nella Saarland, e attraverso il progetto iSMAT del FESR (Fondo europeo di sviluppo regionale). Il finanziamento dell'UE è stato fornito tramite una borsa di ricerca Marie Curie.
Il team del professor Seelecke sta attualmente lavorando a diversi progetti di ricerca volti a sviluppare questi sistemi di azionamento basati su fogli per varie applicazioni, tra cui come interconnetterli in modo che possano comunicare e cooperare collettivamente. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori dovranno dotare le superfici e le interfacce di nuove funzionalità, il che a sua volta richiede un'ulteriore miniaturizzazione della tecnologia.
