Mecânica

Alto-falantes com músculos artificiais dispensam ímãs e gastam menos energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/04/2023

Os filmes inteligentes também podem ser usados como um novo tipo de acionador de alto-falante, substituindo os eletroímãs ou ímãs permanentes que acionam as membranas dos alto-falantes convencionais.
[Imagem: Oliver Dietze]

Nova tecnologia acústica

Uma equipe da Universidade de Saarland, na Alemanha, vem trabalhando há alguns anos com materiais inteligentes que já resultaram em garras robóticas a vácuo, correias transportadoras movidas por músculos artificiais e diversos tipos de geladeiras futurísticas.

Agora eles usaram essa mesma tecnologia para inovar na reprodução de sons: Alto-falantes leves, que usam muito menos energia do que os atuais, novas formas para geradores de som e sinal e aplicações envolvendo tecidos voltados para cancelamento de ruídos.

A base para esses materiais inteligentes são filmes de silicone ultrafinos que podem funcionar como músculos artificiais, com seus próprios sensores embutidos. Uma unidade de controle inteligente permite então criar alto-falantes com formas totalmente novas e com um gasto de energia ínfimo em relação aos enormes e pesados alto-falantes atuais.

"Nossos sistemas de materiais inteligentes, feitos de elastômeros dielétricos, estão abrindo oportunidades para repensar muito do que sabemos no campo da acústica. Esses sistemas podem ajudar a tornar a tecnologia de alto-falantes mais sustentável e desenvolvê-la em novas direções," disse o professor Stefan Seelecke, um dos coordenadores da equipe.

Dois modos de operação do alto-falante elastomérico.
[Imagem: Sebastian Gratz-Kelly et al. (2023)]

Alto-falante de músculo artificial

A tecnologia é baseada em filmes finos de silicone revestidos com uma camada eletricamente condutora, o que resulta em elastômeros que requerem níveis muito baixos de energia elétrica para funcionar. Variando o campo elétrico aplicado, o elastômero é posto para vibrar ou executar movimentos de flexão continuamente variáveis.

"Uma camada de eletrodo altamente flexível, à base de negro de fumo, é impressa em ambos os lados do filme de silicone," explicou o professor Paul Motzki. "Se aplicarmos uma voltagem ao elastômero, os eletrodos se atraem, comprimindo o polímero e fazendo com que ele se expanda lateralmente, aumentando assim sua área superficial."

Devido a esse modo de contração, os filmes poliméricos também são chamados de músculos artificiais. E, toda vez que eles mudam de forma, também muda a capacitância elétrica do filme - cada valor de capacitância corresponde a uma posição específica do filme. Assim, o filme se torna essencialmente seu próprio sensor.

Ao combinar os dados de medição com algoritmos inteligentes, a equipe conseguiu programar sequências de movimento extremamente rápidas e, assim, controlar com precisão o comportamento do filme. Ao alterar o campo elétrico aplicado - por exemplo, a corrente gerada pela voz que passa por um microfone ou a saída direta de um arquivo de música - o filme pulsa nas frequências precisas para reproduzir os sons.

Aplicações

A gama de aplicações possíveis para esta nova tecnologia acústica é muito ampla. Por exemplo, os filmes podem ser integrados em tecidos montados na parede para cancelar ativamente o ruído ambiente ou, se usados no corpo, podem emitir sinais acústicos.

Se o filme elastomérico for enrolado, ele pode ser usado como um novo tipo de alto-falante, substituindo os pesados eletroímãs ou ímãs permanentes que acionam as membranas dos alto-falantes. E há também um ganho na qualidade de som, já que esses alto-falantes fornecem frequências graves mais ricas.

"Dependendo da aplicação, podemos usar o filme como sistema de acionamento e gerador de som ao mesmo tempo. Podemos desenvolver soluções técnicas com formas e designs inovadores que também são incrivelmente compactos, com apenas alguns milímetros de espessura," explicou a pesquisadora Sophie Nalbach.

Mas você provavelmente não verá alto-falantes planos e de baixo consumo no próximo show da sua banda favorita, porque os protótipos ainda não geram potência suficiente para isso.