Los profesores Stefan Seelecke y Paul Motzki de la Universidad de Saarland están desarrollando materiales inteligentes que abren nuevos caminos en la tecnología de reproducción de sonido : altavoces ligeros que utilizan mucha menos energía que sus equivalentes convencionales, formas novedosas para generadores de sonido y señales y aplicaciones que implican la cancelación de ruido en textiles. La base de estos materiales inteligentes son películas de silicona ultrafinas que pueden actuar como músculos artificiales con sus propios sensores integrados. El equipo de investigación exhibirá su nueva tecnología en la Hannover Messe de este año del 17 al 21 de abril (Hall 2, Stand B34).

Las películas ultrafinas bien pueden reemplazar los componentes pesados ​​y que consumen mucha energía que se encuentran en los altavoces actuales, lo que hace que los sistemas de altavoces sean más livianos y ambientalmente más sostenibles. Y eso no solo facilitaría la vida de los técnicos de escenario y los roadies que tienen que apilar torres de altavoces en estadios y salas de conciertos, sino que también podría reducir la demanda de electricidad en millones de hogares. Los controladores de altavoces magnéticos que normalmente se encuentran en los sistemas de megafonía y en las configuraciones de altavoces de escenario consumen mucha energía eléctrica. No es inusual que los niveles de potencia alcancen cientos de miles de vatios en eventos a gran escala. Pero el consumo de energía en las instalaciones domésticas de sonido envolvente (home music o home cinema) tampoco es despreciable. La mayoría de nosotros sabemos qué tan rápido necesita recargarse un altavoz alimentado por batería (inalámbrico).

Pero la nueva tecnología que está desarrollando el profesor Stefan Seelecke y su equipo de investigación en el Laboratorio de Sistemas de Materiales Inteligentes de la Universidad de Saarland y en ZeMA (Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización) en Saarbrücken es notablemente más eficiente energéticamente. Su tecnología no se basa en materiales costosos y difíciles de obtener; todo lo que necesita es una película de silicona, algo de negro de humo y una unidad de control inteligente. Estos nuevos sistemas de accionamiento basados ​​en películas ofrecen la posibilidad de crear altavoces con formas totalmente nuevas. ‘Nuestros sistemas de materiales inteligentes hechos de elastómeros dieléctricos están abriendo oportunidades para repensar mucho de lo que sabemos en el campo de la acústica. Estos sistemas podrían ayudar a que la tecnología de los altavoces sea más sostenible y a desarrollarla en nuevas direcciones», afirmó el profesor Stefan Seelecke.

El abanico de posibles aplicaciones es muy amplio. Por ejemplo, las películas podrían integrarse en textiles montados en la pared para cancelar activamente el ruido ambiental o, si se usan en el cuerpo, podrían emitir señales acústicas. El equipo de investigación de Saarbrücken está mostrando su tecnología en la Hannover Messe de este año, donde buscarán socios comerciales e industriales con los que puedan investigar y desarrollar la tecnología para nuevas aplicaciones.

La tecnología se basa en películas delgadas de silicona recubiertas con una capa eléctricamente conductora para crear elastómeros dieléctricos que solo requieren niveles muy bajos de energía eléctrica para funcionar. Al variar el campo eléctrico aplicado, el equipo de investigadores puede hacer que el elastómero vibre a alta frecuencia o ejecute movimientos de flexión continuamente variables. Si se enrolla la película elastomérica, se puede usar como un nuevo tipo de controlador de altavoz, reemplazando los electroimanes pesados ​​​​que consumen energía o los imanes permanentes que impulsan las membranas de los altavoces y aún brindan frecuencias graves ricas.

«Se imprime una capa de electrodo muy flexible basada en negro de humo en ambas caras de la película de silicona», explicó el profesor Paul Motzki, que realizó investigaciones en este campo como investigador postdoctoral en el equipo de Seelecke. « Si aplicamos un voltaje al elastómero, los electrodos se atraen entre sí, comprimiendo el polímero y haciendo que se expanda hacia los lados, lo que aumenta su área de superficie », dijo Motzki, quien ahora ocupa una cátedra interinstitucional en sistemas de materiales inteligentes para producción innovadora en la Universidad de Saarland y en ZeMA, donde dirige el área de investigación ‘Smart Material Systems’. Debido a que se contraen de esta manera, las películas de polímero también se conocen como músculos artificiales. Y cada vez que cambian de forma, también lo hace la capacitancia eléctrica de la película. Cada valor de capacitancia corresponde a una posición específica de la película. La película se convierte esencialmente en su propio sensor. Al combinar los datos de medición con algoritmos inteligentes, el equipo puede programar secuencias de movimiento extremadamente rápidas y, por lo tanto, controlar con precisión el comportamiento de la película de elastómero. Al alterar el campo eléctrico aplicado, los investigadores pueden hacer que la película emita pulsos o que oscile o se flexione a la frecuencia requerida.

La película también se puede hacer para generar tonos acústicos individuales o incluso tonos múltiples si se superponen varias frecuencias vibratorias, convirtiendo la película elastomérica en su propio altavoz. “Dependiendo de la aplicación, podemos utilizar la película como sistema de transmisión y como generador de sonido al mismo tiempo. Podemos desarrollar soluciones técnicas con formas y diseños novedosos que también son increíblemente compactos, con solo unos pocos milímetros de grosor”, explicó Sophie Nalbach, quien trabajó en películas inteligentes como parte de su tesis doctoral en el grupo del profesor Seelecke y ahora es líder de grupo en el área de investigación ‘Smart Material Systems’ en ZeMA. Si bien las películas no desplazan suficiente aire para igualar el rendimiento de los altavoces convencionales de hoy en día, ciertamente podrían incorporarse a textiles que luego podrían emitir señales acústicas de advertencia.

Fondo :

La tecnología discutida aquí ha sido estudiada y desarrollada en varios proyectos de investigación doctoral. Los resultados han sido publicados como artículos en una variedad de revistas científicas. El trabajo de investigación también ha recibido el apoyo de numerosas fuentes. Por ejemplo, el gobierno del estado de Saarland brindó apoyo financiero a través del proyecto BEAT, un proyecto de colaboración con la empresa Stamer GmbH con sede en Saarland, y a través del proyecto iSMAT del FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional). La financiación de la UE se proporcionó a través de una beca de investigación Marie Curie.

El equipo del profesor Seelecke está trabajando actualmente en una serie de diferentes proyectos de investigación destinados a desarrollar estos sistemas de accionamiento basados ​​en películas para una variedad de aplicaciones diferentes, incluidas formas de interconectarlos para que puedan comunicarse y cooperar colectivamente. Para hacer esto, los investigadores deberán impartir nuevas capacidades a las superficies e interfaces, lo que a su vez requiere una mayor miniaturización de la tecnología.

La empresa ‘mateligent GmbH’ se escindió del departamento del profesor Seelecke para facilitar la transferencia de los resultados de su investigación impulsada por aplicaciones a aplicaciones comerciales e industriales.