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Os professores Stefan Seelecke e Paul Motzki, da Saarland University, estão desenvolvendo materiais inteligentes que abrem novos caminhos na tecnologia de reprodução de som: alto-falantes leves que usam muito menos energia do que seus equivalentes convencionais, novos formatos para geradores de som e sinal e aplicações envolvendo têxteis com cancelamento de ruído. A base para esses materiais inteligentes são filmes de silicone ultrafinos que podem atuar como músculos artificiais com seus próprios sensores embutidos. A equipe de pesquisa apresentará sua nova tecnologia na Hannover Messe deste ano, de 17 a 21 de abril (Hall 2, Stand B34).
Filmes ultrafinos podem muito bem substituir os componentes pesados e sedentos de energia encontrados nos alto-falantes de hoje — tornando os sistemas de alto-falantes mais leves e ambientalmente mais sustentáveis. E isso não apenas facilitaria a vida dos técnicos de palco e roadies que precisam empilhar torres de alto-falantes em estádios e salas de concerto, mas também reduziria a demanda de eletricidade em milhões de residências. Os drivers de alto-falantes magnéticos normalmente encontrados em sistemas de alto-falantes e configurações de alto-falantes de palco usam muita energia elétrica. Não é incomum que os níveis de potência atinjam centenas de milhares de watts em eventos de grande escala. Mas o consumo de energia em instalações domésticas de som surround (sistemas de home music ou home cinema) também não é insignificante. A maioria de nós sabe a rapidez com que um alto-falante alimentado por bateria (sem fio) precisa ser recarregado.
Mas a nova tecnologia desenvolvida pelo professor Stefan Seelecke e sua equipe de pesquisa no Laboratório de Sistemas de Materiais Inteligentes da Universidade de Saarland e no ZeMA (Centro de Mecatrônica e Tecnologia de Automação) em Saarbrücken é marcadamente mais eficiente em termos energéticos. Sua tecnologia não depende de materiais caros e de difícil obtenção; tudo o que precisa é de um filme de silicone, um pouco de negro de fumo e uma unidade de controle inteligente. Esses novos sistemas de acionamento baseados em filme oferecem a possibilidade de criar alto-falantes com formas totalmente novas. ‘Nossos sistemas de materiais inteligentes feitos de elastômeros dielétricos estão abrindo oportunidades para repensar muito do que sabemos no campo da acústica. Esses sistemas podem ajudar a tornar a tecnologia de alto-falantes mais sustentável e desenvolvê-la em novas direções’, disse o professor Stefan Seelecke.
A gama de aplicações possíveis é muito ampla. Por exemplo, os filmes podem ser integrados em tecidos montados na parede para cancelar ativamente o ruído ambiente ou, se usados no corpo, podem emitir sinais acústicos. A equipe de pesquisa de Saarbrücken está apresentando sua tecnologia na Hannover Messe deste ano, onde procurará parceiros comerciais e industriais com quem possam pesquisar e desenvolver a tecnologia para novas aplicações.
A tecnologia é baseada em filmes finos de silicone revestidos com uma camada eletricamente condutora para criar elastômeros dielétricos que requerem apenas níveis muito baixos de energia elétrica para funcionar. Variando o campo elétrico aplicado, a equipe de pesquisadores pode fazer o elastômero vibrar em alta frequência ou executar movimentos de flexão continuamente variáveis. Se o filme elastomérico for enrolado, ele pode ser usado como um novo tipo de driver de alto-falante, substituindo os pesados eletroímãs que consomem energia ou ímãs permanentes que acionam as membranas do alto-falante enquanto ainda fornecem frequências graves ricas.
“Uma camada de eletrodo altamente flexível à base de negro de fumo é impressa em ambos os lados do filme de silicone”, explicou o professor Paul Motzki, que realizou pesquisas neste campo como pesquisador de pós-doutorado na equipe de Seelecke. “Se aplicarmos uma voltagem ao elastômero, os eletrodos se atraem, comprimindo o polímero e fazendo com que ele se expanda lateralmente, aumentando assim sua área de superfície”, disse Motzki, que agora é professor interinstitucional em sistemas de materiais inteligentes para produção inovadora na Saarland University e na ZeMA, onde dirige a área de pesquisa ‘Smart Material Systems’. Por se contraírem dessa maneira, os filmes poliméricos também são chamados de músculos artificiais. E toda vez que eles mudam de forma, também muda a capacitância elétrica do filme. Cada valor de capacitância corresponde a uma posição específica do filme. O filme se torna essencialmente seu próprio sensor. Ao combinar os dados de medição com algoritmos inteligentes, a equipe pode programar sequências de movimento extremamente rápidas e, assim, controlar com precisão o comportamento do filme de elastômero. Ao alterar o campo elétrico aplicado, os pesquisadores podem fazer o filme pulsar ou oscilar ou flexionar em alguma frequência necessária.
O filme também pode ser feito para gerar tons acústicos individuais ou mesmo tons múltiplos se várias frequências vibracionais forem sobrepostas umas às outras – transformando o filme elastomérico em seu próprio alto-falante. ‘Dependendo da aplicação, podemos usar o filme como sistema de acionamento e gerador de som ao mesmo tempo. Podemos desenvolver soluções técnicas com novas formas e designs que também são incrivelmente compactos, com apenas alguns milímetros de espessura’, explicou Sophie Nalbach, que trabalhou em filmes inteligentes como parte de sua tese de doutorado no grupo do professor Seelecke e agora é líder do grupo em a área de pesquisa ‘Sistemas de Materiais Inteligentes’ na ZeMA. Embora os filmes não desloquem o ar o suficiente para corresponder ao desempenho dos alto-falantes convencionais de hoje, eles certamente poderiam ser incorporados a tecidos que seriam capazes de emitir sinais acústicos de alerta.
Fundo:
A tecnologia aqui discutida foi estudada e desenvolvida em diversos projetos de pesquisa de doutorado. Os resultados foram publicados como artigos em uma variedade de revistas científicas. O trabalho de pesquisa também recebeu apoio de várias fontes. Por exemplo, o governo do estado de Saarland forneceu apoio financeiro por meio do projeto BEAT, um projeto colaborativo com a empresa Stamer GmbH, sediada em Saarland, e por meio do projeto iSMAT do FEDER (Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional). O financiamento da UE foi fornecido por meio de uma bolsa de pesquisa Marie Curie.
A equipe do professor Seelecke está atualmente trabalhando em vários projetos de pesquisa diferentes destinados a desenvolver esses sistemas de acionamento baseados em filme para uma variedade de aplicações diferentes, incluindo maneiras de interconectá-los para que possam se comunicar e cooperar coletivamente. Para fazer isso, os pesquisadores precisarão transmitir novos recursos às superfícies e interfaces, o que, por sua vez, requer uma maior miniaturização da tecnologia.
A empresa ‘mateligent GmbH’ foi desmembrada do departamento do professor Seelecke para facilitar a transferência dos resultados de suas pesquisas voltadas para aplicações para aplicações comerciais e industriais.
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