Нове слово техніки: Іонний динамік

Прозорий штучний м'яз навчився програвати музику, щоб довести: електричні струми, які переносяться іонами, а не електронами, також можуть широко використовуватися в різних пристроях.

У лабораторії матеріалознавства Гарвардського університету прозорий диск, підключений до ноутбука, відтворює прелюдію Гріга «Ранок» до п'єси «Пер Гюнт». Цей незвичайний динамік являє собою тонкий лист прозорої гуми, затиснутий між двома гелевими шарами. Високовольтний джерело струму змушує плівку скорочуватися і вібрувати, відтворюючи звуки у всьому чутному діапазоні від 20 гц до 20 кілогерц.

Але це не звичайний струм. Цей пристрій не можна назвати електронним, оскільки основну роботу з перенесення заряду і створення струму в ньому виконують не електрони, а іони.

Іонні провідники цілком можуть замінити собою електронні, а в деяких випадках навіть забезпечити ряд переваг. Наприклад, їх можна значно розтягнути, і це не призведе до значного підвищення питомої опору, як у випадку електронних пристроїв. Іонні провідники можуть бути прозорими, що робить їх придатними для використання в оптичних системах. Можна підібрати біосумісні гелі-електроліти, придатні для виготовлення імплантованих пристроїв. Зрештою, електричні сигнали людського організму також передаються іонами, і біоінженери давно мріють відтворити подібну систему зв'язку» у штучних органах.

Іонний динамік демонструє високовольтну систему, здатну до швидкого зміни - адже саме повільність і нездатність до роботи при високих напругах ставили в докір іонним провідникам в минулому. Вважалося, що висока напруга здатне зупинити електрохімічні реакції, викликати утворення газів і «випалити» матеріал. До того ж іони, набагато більш великі і важкі частинки, ніж електрони, які зазвичай повільніше переміщуються вздовж електричної ланцюга. Але дослідники з Гарварду зуміли вирішити ці проблеми, відкривши дорогу до створення безлічі нових пристроїв - біомедичних приладів, швидко рухомих роботів і гнучких адаптивної оптики.

Використовуючи гумовий шар в якості ізолятора, розробники змогли контролювати напругу в гелі, підключеному до електродів, і уникнути небажаних хімічних реакцій. В якості вхідного сигналу використовується змінний, а не постійний струм, тому в системі, що працює як конденсатор, відбувається не стільки односпрямоване переміщення, скільки перерозподіл іонів, яке можна виробляти тисячі разів в секунду.

У демонстраційному прототипі використаний простий електроліт - полиакриламидный гель на основі солоної води, але дослідники готові експериментувати з різними матеріалами, демонструють іонну провідність. У планах учених виявити поєднання матеріалів, що забезпечують хорошу адгезію між шарами, довговічність пристроїв і оптимальні показники роботи, необхідні для вирішення певних завдань.