Наука и Техника

Наука И Техника
30 июля 2014

Создан сверхминиатюрный микрофон, обладающий высочайшей чувствительностью, идея конструкции которого взята из живой природы

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали и изготовили опытный образец крошечного микрофона, обладающего сверхвысокой чувствительностью и высокими значениями ряда других характеристик. Это стало возможным благодаря тому, что идея конструкции этого микрофона была почерпнута исследователями из живой природы, если быть более точным, то конструкция микрофона скопирована со строения слухового аппарата уникального насекомого, мухи вида Ormia ochracea. Подобные микрофоны могут быть использованы для создания матриц акустических датчиков, способных не только зарегистрировать сам звук, но и определить направление звука, что, в свою очередь, может быть применено в конструкции смартфонов и слуховых аппаратов следующего поколения.

Желтая муха Ormia ochracea, являющаяся первоисточником конструкции микрофона, является уникальным насекомым, имеющим самый острый слух среди всех известных людям насекомых. За счет уникального строения органов слуха, разнесенных на расстояние в два миллиметра, она способна очень точно определить направление на источник звука, что используется для ориентации насекомого в пространстве. Звуку, для того, чтобы пройти расстояние между органами слуха мухи Ormia ochracea, требуется всего 4 миллионных доли секунды, Но высокочувствительные "качели" слухового аппарата насекомого, реагирующие на изменение давления, способны уловить даже столь маленькую разницу во времени.

Устройство, созданное техасскими исследователями, имеет размер около 2 миллиметров. Это, конечно, значительно больше размеров устройства, которое можно считать самым маленьким микрофоном в мире, тем не менее, все параметры нового миниатюрного микрофона во много раз превышают аналогичные параметры микрофона-рекордсмена. В конструкции нового микрофона имеются элементы из пьезоэлектрического материала, которые преобразуют энергию движения прямо в электрическую энергию. А источником движения, точнее механического напряжения являются "качели", аналогичные главному элементу слухового аппарата мухи Ormia ochracea, только изготовленные из кремния.

Следует заметить, что пьезоэлектрические элементы микрофона вырабатывают достаточно высокое электрическое напряжение, потенциала которого достаточно для прямой стимуляции нервных окончаний слухового нерва. Это позволит создать сверхминиатюрные слуховые аппараты, которые будут имплантироваться прямо в ухо человека, заменяя собой всю нежную конструкцию среднего уха слухового аппарата человека. Кроме этого, такие устройства не будут нуждаться в дополнительном источнике энергии.

"Синтез специального высокочувствительного механизма, превращающего звуковые колебания в механическое перемещение, с пьезоэлектрическими элементами является самой привлекательной чертой нашей технологии" - рассказывает Нил Холл (Neal Hall), профессор из Техасского университета, - "Эта черта позволит нам минимизировать расход энергии, что является бичом современных технологий изготовления миниатюрных слуховых аппаратов".

С учетом того, что работы по созданию нового миниатюрного микрофона финансировались Управлением перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA, слуховые аппараты станут последними из ряда устройств, в которых будет использована новая технология. В первую очередь новые микрофоны найдут применение в системах "акустического" видения, обеспечивающих получение картинки в условиях, где не работают обычные визуальные методы, и в других системах так называемого двойного назначения.