นักวิจัยเกาหลีพัฒนาลำโพงบางเฉียบแปะผิวหนังเปิดเพลงดังฟังได้

2018-08-05

นักวิจัยจากเกาหลีพัฒนาลำโพงที่มีลักษณะเป็นแผ่นโปร่งใสบางเฉียบที่สามารถแปะผิวหนังได้เหมือนกับเทปกาว และยังสามารถปรับปรุงมันใช้งานเป็นแผ่นฟิล์มไมโครโฟนได้ด้วย

ผลงานที่น่าทึ่งนี้เป็นงานวิจัยจาก Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ในประเทศเกาหลีใต้ ทีมวิจัยได้พัฒนาแผ่นเยื่อนาโนเมมเบรน โดยแผ่นเยื่อที่ว่านี้มีส่วนประกอบสำคัญคือเส้นลวดที่ทำจากเงินขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระดับนาโนเมตรจัดวางเรียงกันเป็นมุมฉาก ทั้งนี้แผ่นลำโพงที่พัฒนามาได้มีความโปร่งใส อีกทั้งบางและเหนียว มีความยืดหยุ่นดีพอที่จะแปะติดไปกับพื้นผิวที่บิดงอหรือผิวหนังมนุษย์ได้แทบไม่ต่างกับรูปลอกลายน้ำ

No Description

ลวดตัวนำไฟฟ้าขนาดเล็กจิ๋วของลำโพงนี้เป็นส่วนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่ไหลผ่านมันให้กลายเป็นเสียงโดยเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า thermoacoustics ซึ่งแตกต่างจากกลไกการทำงานของลำโพงทั่วไป

สำหรับลำโพงทั่วไปนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ผ่านเข้ามายังลำโพงจะสร้างแรงทางแม่เหล็กซึ่งก่อเกิดเป็นแรงทางกลกระทำกับแม่เหล็กถาวรที่ถูกติดตั้งเอาไว้ในตัวลำโพง แรงทางกลดังกล่าวส่งผลกระทบไปยังกรวยกระดาษซึ่งทำให้กรวยกระดาษสั่นสะเทือนตามความถี่และความแรงของสัญญาณไฟฟ้า ก่อให้เกิดแรงทางกลกับอากาศด้านหน้าลำโพงจนเป็นเสียงให้ได้ยิน

แต่กลไกที่ลำโพงของทีมนักวิจัยจากเกาหลีใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้กลายเป็นเสียงซึ่งเรียกว่า thermoacoustics นั้น คือการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าที่ไหลผ่านลวดที่ทำจากเงินให้กลายเป็นพลังงานพลังงานความร้อน ผลจากการเปลี่ยนแปลงของความร้อนที่ถูกปลดปล่อยออกมาทำให้อากาศในบริเวณใกล้เคียงเกิดการขยายตัวและลอยตัว เมื่อความร้อนจากลวดเงินเปลี่ยนแปลงด้วยความถี่และขนาดที่เปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณเสียงที่ถูกแปลงมาเป็นสัญญาณไฟฟ้า อากาศก็ที่ได้รับผลกระทำจากความร้อนก็จะสั่นสะเทือนตามไปด้วยจนเกิดเป็นเสียงในท้ายที่สุด

No Description

ทีมวิจัยได้สาธิตการเปิดเสียงเพลงผ่านลำโพงบางเฉียบนี้ตอนที่มันถูกแปะอยู่บนผิวหนัง แม้ว่าความดังของเสียงที่ออกจากลำโพงนั้นยังเบาอยู่มากจึงต้องใช้ไมโครโฟนเข้าไปจ่อใกล้ๆ ทว่าคุณภาพก็เสียงก็ดีเพียงพอที่จะฟังออกว่าเป็นเสียงเพลงที่บรรเลงด้วยไวโอลินจากตอนหนึ่งของเพลง La Campanella

ผลงานวิจัยลำโพงลำโพงบางเฉียบนี้ยังสามารถประยุกต์ดัดแปลงเพื่อใช้เป็นไมโครโฟนได้เช่นกัน โดยการเพิ่มแผ่นฟิล์มยืดหยุ่นที่มีพื้นผิวเต็มไปด้วยปุ่มทรงปิรามิดขนาดเล็กจำนวนมากมาประกบไว้ด้านล่างอีก 1 ชั้น เมื่อมีคลื่นเสียงเดินทางมากระทบกับแผ่นเยื่อนาโนเมมเบรน แรงสั่นสะเทือนของอากาศจะทำให้แผ่นเยื่อสั่นและเกิดการสัมผัสระหว่างปลายแหลมของทรงปิรามิดบนแผ่นฟิล์มยืดหยุ่นกับเส้นลวดที่ทำจากเงินบนแผ่นเยื่อ การสัมผัสที่ว่านี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า triboelectric effect ผลที่ได้คือสัญญาณไฟฟ้าที่ไหลออกจากตัวนำเส้นลวดเงินขนาดจิ๋วผ่านสายสัญญาณออกไป

No Description

ทีมวิจัยได้ทดลองใช้แผ่นเยื่อนาโนเมมเบรนนี้เป็นไมโครโฟนเพื่อบันทึกเสียงพูด ว่าจะสามารถเก็บรายละเอียดของเสียงด้วยคุณภาพที่ดีเพียงพอจะใช้สำหรับการวิเคราะห์เสียงเพื่อจำแนกบุคคลได้หรือไม่ ซึ่งก็พบว่ามันสามารถรับเสียงแล้วแปลงเป็นสัญญาณได้ในระดับที่ใช้แยกแยะเสียงของแต่ละคนได้ เพียงแต่มันจำเป็นต้องอยู่ใกล้แหล่งเสียงซึ่งในที่นี้ก็คือปากจึงจะได้รับเสียงที่ดังเพียงพอสำหรับการทดลอง

No Description

แม้ผลงานของทีมวิจัยจาก UNIST ชิ้นนี้จะยังไม่สามารถนำมาใช้งานจริงได้ทันที แต่นี่ก็เป็นการยืนยันแนวคิดเรื่องการใช้นาโนเทคโนโลยีมาประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ด้านสื่อเสียงได้สำเร็จโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนพลังงานที่แตกต่างจากลำโพงและไมโครโฟนที่มีอยู่ทั่วไป ซึ่งแน่นอนว่าเป็นการเปิดประตูบานใหม่ให้กับวงการฮาร์ดแวร์ซึ่งในอนาคตก็น่าจะสามารถออกแบบอุปกรณ์สื่อสารให้มีขนาดเล็กและบางลงได้อีก ไหนจะงานพัฒนาอุปกรณ์สวมใส่ที่สามารถเลือกติดตั้งชิ้นส่วนลำโพงและไมโครโฟนด้วยวิธีการใหม่ๆ ได้ด้วย

ที่มา – IEEE Spectrum, เอกสารงานวิจัย