p Pesquisadores da Case Western Reserve University estão desenvolvendo "peles" atomicamente finas, capazes de receber e transmitir sinais em uma faixa de radiofrequência muito maior do que podemos ouvir com o ouvido humano. p Mas a pele do tambor é dezenas de trilhões de vezes (10 seguidos por 13 zeros) menor em volume e 100, 000 vezes mais fino que o tímpano humano.

p Os avanços provavelmente contribuirão para tornar a próxima geração de comunicações de potência ultrabaixa e dispositivos sensoriais menores e com maiores faixas de detecção e sintonia.

p "A detecção e a comunicação são essenciais para um mundo conectado, "disse Philip Feng, um professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação e autor correspondente em um artigo sobre o trabalho publicado em 30 de março na revista Avanços da Ciência . "Nas décadas recentes, estivemos conectados com dispositivos e sistemas altamente miniaturizados, e temos buscado tamanhos cada vez menores para esses dispositivos. "

p O desafio com a miniaturização:também alcançar uma faixa dinâmica de detecção mais ampla, para pequenos sinais, como o som, vibração, e ondas de rádio.

p "No fim, precisamos de transdutores que possam lidar com sinais sem perder ou comprometer informações tanto no 'teto de sinal' (o nível mais alto de um sinal não distorcido) e no 'piso de ruído' (o nível detectável mais baixo), "Feng disse.

p Embora este trabalho não seja voltado para dispositivos específicos atualmente no mercado, pesquisadores disseram, era focado em medições, limites e escala que seriam importantes para essencialmente todos os transdutores.

p Esses transdutores podem ser desenvolvidos ao longo da próxima década, Mas para agora, Feng e sua equipe já demonstraram a capacidade de seus componentes principais - as peles ou ressonadores da camada atômica - em menor escala.

p O trabalho representa a maior faixa dinâmica relatada para transdutores vibratórios de seu tipo. A data, essa faixa só foi atingida por transdutores muito maiores operando em frequências muito mais baixas, como o tímpano humano, por exemplo.

p "O que fizemos aqui foi mostrar que alguns, em última análise, miniaturizaram, Ressonadores de pele eletromecânicos atomicamente finos podem oferecer faixa dinâmica incrivelmente ampla, até ~ 110dB, em frequências de rádio (RF) até mais de 120 MHz, "Feng disse." Essas faixas dinâmicas em RF são comparáveis ​​à ampla faixa dinâmica da capacidade de audição humana nas bandas de áudio. "

p Novo padrão dinâmico

p Feng disse que a chave para todos os sistemas sensoriais - desde funções sensoriais que ocorrem naturalmente em animais até dispositivos sofisticados de engenharia - é a faixa dinâmica desejada.

p A faixa dinâmica é a relação entre o teto do sinal sobre o piso de ruído e geralmente é medida em decibéis (dB).

p Os tímpanos humanos normalmente têm faixa dinâmica de cerca de 60 a 100dB na faixa de 10 Hz a 10 kHz, e nossa audição diminui rapidamente fora dessa faixa de frequência. Outros animais, como o gato doméstico comum ou a baleia beluga (veja a ilustração), pode ter faixas dinâmicas comparáveis ​​ou ainda mais amplas em bandas de frequência mais altas.

p As peles vibrantes em nanoescala desenvolvidas por Feng e sua equipe são feitas de camadas atômicas de cristais semicondutores (single-, bi-, tri, e flocos MoS2 de quatro camadas, com espessura de 0,7, 1,4, 2.1, e 2,8 nanômetros), com diâmetros de apenas cerca de 1 mícron.

p Eles os constroem esfoliando camadas atômicas individuais do cristal semicondutor em massa e usando uma combinação de técnicas de nanofabricação e micromanipulação para suspender as camadas atômicas sobre microcavidades predefinidas em uma pastilha de silício, e, em seguida, fazer contatos elétricos com os dispositivos.

p Avançar, esses ressonadores RF atomicamente finos sendo testados na Case Western Reserve mostram excelente sintonização de frequência, "o que significa que seus tons podem ser manipulados esticando as membranas da pele do tambor usando forças eletrostáticas, semelhante à afinação do som em instrumentos musicais muito maiores em uma orquestra, Feng disse.

p O estudo também revela que essas peles incrivelmente pequenas só precisam de picoWatt (pW, 10 ^ -12 Watt) até nanoWatt (nW, 10 ^ -9 Watt) nível de potência de RF para sustentar suas oscilações de alta frequência.

p "Não só tendo uma faixa dinâmica surpreendentemente grande com volume e massa tão pequenos, eles também são dispositivos com baixo consumo de energia e muito 'silenciosos' ", Feng disse, "Nós os 'ouvimos' com muito cuidado e 'falamos' com eles com muito cuidado."