Корейские исследователи создали гибкий массив микрофонов, работающих в нескольких диапазонах частот и регистрирующих звук благодаря колебаниям пьезоэлектрического материала. Сочетания данных о разных частотных компонентах звука можно использовать для распознавания голоса, рассказывают авторы статьи в Nano Energy.
Одна из главных проблем при создании носимых устройств заключается в том, что пока почти все их элементы приходится выполнять из жестких материалов, мешающих движениям пользователя. Из-за этого ученые и инженеры разрабатывают новые материалы и конструкции, которые в будущем могут позволить создать полностью или практически полностью гибкие или даже эластичные устройства, удобные в использовании.
Группа исследователей под руководством Хана Чжэ-Хёна (Han Jae-Hyun) из Корейского института передовых технологий (KAIST) создала гибкий массив из пьезоэлектрических акустических мембран, способных регистрировать звуковые колебания в нескольких диапазонах. Он состоит из полимерной мембраны, на которой расположен пьезоэлектрический слой состава Pb[Zr0.52Ti0.48]O3 толщиной в микрометр, а на нем располагается массив из семи пар электродов.
Датчик устроен таким образом, что слой пьезоэлектрика и пары электродов сужаются по длине датчика. Благодаря этому каждый из каналов (пар электродов) имеет чувствительность в определенном диапазоне звуковых колебаний.
При попадании звука на датчик акустические колебания возбуждают механические колебания слоя пьезоэлектрика, которые приводят к возникновению тока. Поскольку в датчике есть несколько каналов, каждый из которых подключен к измерительному устройству, с его помощью можно одновременно записывать звук на нескольких частотах.
Эксперименты показали, что датчик может работать в диапазоне частот от 100 до 4000 герц, что покрывает диапазон человеческого голоса. Кроме того, испытания показали, что добротность звукового датчика составляет от 18 до 28, в зависимости от канала. В будущем исследователи планируют провести полноценные испытания датчика в качестве устройства для распознавания голоса.
В прошлом году американские ученые разработали новый гибкий композитный материал, который может превращать механическую энергию в электричество и наоборот. Благодаря этому свойству ученые создали флаг, который работает как динамик и микрофон.
Григорий Копиев
Для этого он снимал на видео и моделировал работу этой игрушки
Американский физик экспериментально и теоретически исследовал вращение нити в стрингшутере — игрушке, в которой небольшие вращающиеся колеса формируют в воздухе стабильные нитевые петли. Построенная ученым модель хорошо объяснила опыт и при этом оказалась достаточно простой, чтобы использовать ее на занятиях по механике. Исследование опубликовано в The Physics Teacher. Стрингшутер (иногда струнный шутер) — это игрушка, представляющая собой длинную замкнутую нить, вращающуюся вдоль своей длины под действием управляющих колесиков или валов подобно лассо. Замечательная особенность стрингшутера в том, что при правильных условиях в воздухе образуется стабильная веревочная петля, по которой можно запускать волны. Этот факт привлек внимание физиков сравнительно недавно и получил удовлетворительное математическое объяснение. Вместе с тем, игрушка могла бы стать хорошим дидактическим материалом при изучении физики, поэтому было бы полезно построить достаточно простую теорию, описывающую петлю, но в то же время объясняющую эксперимент. Сделать это удалось Карлу Мамола (Karl Mamola) из Аппалачского университета. Он записал систему простых уравнений для петли стрингшутера и численно решил их, сравнив результат с вращением нити в настоящей игрушке, а также показал, откуда возникает ее устойчивость. Чтобы двигающаяся петля оставалась в равновесии, необходимо, чтобы была равна нулю не только действующая на нее равнодействующая сила, но и полный момент сил. Особенность игрушки в том, что колеса не создают такого момента, поскольку прилагаемая ими сила имеет нулевое плечо. Аэродинамической подъемной силы в этом случае также не возникает из-за того, что воздушный поток вокруг нити симметричный. Вместо этого воздух создает силу сопротивления, зависящую от скорости. А поскольку модуль скорости постоянен вдоль нити, то таким же свойством обладает и сила сопротивления. Ее интегральное действие на всю петлю формирует момент сил, направленный противоположно гравитационному моменту и обеспечивающий равновесие. С учетом этого факта физик рассмотрел бесконечно малый участок нерастяжимой и абсолютно гибкой нити и записал для него второй закон Ньютона для движения и вращения. Численное интегрирование этих уравнений способно восстановить форму петли, для чего ученому нужны были какие-то конкретные параметры петли. Он взял их из эксперимента с реальной игрушкой, произведенной фирмой LoopLasso, с нитью стрингшутера длиной 3,08 метра и массой 2,72 грамма и диаметром колес 2,7 сантиметра. Боковая фотография нити и ее последующая оцифровка позволили получить координаты участков петли и ее общие параметры: размер, угол запуска и угол возврата. Также физик пометил один из участков нити маркером, что позволило вычислить скорость нити по видео — она составила 7,5 метра в секунду. Автор использовал добытые параметры в моделировании. Единственную неизвестную величину — коэффициент сопротивления — он извлек из подгонки с наилучшим соответствием. Результаты моделирования оказались в хорошем согласии с опытом. Отклонения наблюдались только в области большой кривизны — физик связал это с невыполнением требования абсолютной гибкости. На основе развитой модели он также показал, что момент силы тяжести уравновешивается сопротивлением воздуха вдоль всей нити. Ранее мы рассказывали, как физики объясняют механику других повседневных вещей и явлений: падения бутерброда маслом вниз, живучесть кошек при падении с высоты и переноску чашки с кофе.