讓報紙說話？你將來只需按一按它

密歇根大學的研究人員在紙張一樣薄的材料上，成功地把機械能轉化成聲音。

早在1917年，美國電話電報公司和西部電氣公司的哈諾德·阿諾德（Harold Arnold）和I. B. 柯蘭道（I. B. Crandall）就提出，可以通過在一張極薄的鉑箔上同時接通直流電和交流電來產生聲音。然而，這種方式產生的聲音頻率範圍較窄，用來播放音樂則缺乏表現力。

2008年，一個中國團隊從一種碳納米管（CNTs）製成的薄片中提取到了熱聲。這些純粹由碳元素組成的納米管壁只有一原子厚，並且是優質的熱導體。然而，這種材料能否在人們生活的房間內產生高保真的聲音依然是未知數。

2013年，賓夕法尼亞大學巴納德（Barnard）和同事們嘗試在碳納米管薄片周圍，使用一種熱容量低於空氣的氣體（比如惰性氣體），以較低的能量輸入產生大的溫度變化，進而改變氣壓從而改善聲音輸出。為了將聲音振動從惰性氣體傳遞到空氣中，需要使用一種柔性膜將惰性氣體和空氣分離。然而，將氙氣與碳納米管薄膜隔離帶來了一系列技術難題。

到了2016年，這一技術獲得了突破。密歇根大學開發出了一款紙張一樣薄的便攜設備，不僅可以通過人體運動產生能量，還能用作揚聲器和麥克風。這項研究發表於《自然通訊》2017年5月16日刊上。

把機械能轉為電，再轉化成聲音

這項技術突破將催生一系列產品的誕生，如可摺疊的揚聲器、更安全的計算機語音激活器等。也許在不久的將來，《哈利·波特》中「會說話的報紙」會成為現實。

電子和計算機工程學院副教授，聯邦資助項目主要研究員奈爾森·塞普爾維達（Nelson Sepulveda）說：「技術始於突破。對於特殊音頻技術而言，密歇根大學研發的這種新型納米材料就是一個突破。」

「這是第一個同時具備超薄、靈活、延展性和雙向性的感測器。這意味著它不僅可以將機械能轉化為電能，也能將電能轉化為機械能。」

去年12月份，塞普爾維達和他的團隊成功開發出一種被稱為「鐵電玻璃納米發生器」（FENG）的片狀設備，可以用它來為鍵盤、LED燈和LCD觸摸屏供電。人們只需通過手指滑動或輕輕按壓來激活裝置——就能將機械能轉化成電能，為設備供電。

既是麥克風，又是揚聲器

目前，技術人員又為這種高科技材料增加了幾個新技能：收集從聲音或機械運動的能量並轉化為電能，並用作麥克風；還能以相反的方式將電能轉化為機械能後，用作揚聲器。

為了驗證麥克風效果，研究人員將FENG改造為使用語音識別進行用戶登錄的安全補丁。實驗表明，該補丁可以成功地保護個人計算機免受其他用戶的攻擊。塞普爾維達說： 「這種設備對振動非常敏感，它能敏銳地捕獲聲波頻率。」

為了驗證揚聲器的效果，研究人員將FENG材料嵌入到一面密歇根大學的Spartan旗子中。iPad播放的音樂通過放大器進入旗子中，然後再重新轉錄成聲音。「旗子本身變成了揚聲器」，塞普爾維達說，「在將來，我們可以用這種靈巧輕薄的便攜設備，來替代笨重又功耗大的傳統揚聲器。」

會說話的報紙，更多發聲設備

塞普爾維達說：「想像一下，在將來的某一天，人們可以從口袋裡拿出來一個小巧的揚聲器，只需把它按在牆上，就能讓整間屋子的人聽到他的演講。」

「或者，假如有這樣一種報紙」，他又說道，「這些紙張本身就是麥克風和揚聲器，這將是一份會說話的報紙！」

李偉教授（MSU工程研究員，論文第一作者）說，FENG仍有許多其他潛在用途等待著人們去發掘，包括噪音消除板和帶語音保護的健康監測腕帶。

「許多人都著眼於便攜電子設備的顯示屏和觸控方面的研究」，李偉說，「然而，我們的團隊把注意力放在了便攜設備在聽讀方面的研究上。」

對FENG的創新性研究始於硅晶片。研究人員將硅晶片製成多層或薄片，再和銀、聚醯亞胺、聚丙烯一起製成環保材料。接著添加離子，使得設備每層都包含帶電粒子。這樣的設備可以通過人體運動產能，再將機械能轉化成電能。

編譯 張路安

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！