Microfoon T-shirt – Vlag geüpdatet

Een prototype microfoonweefsel van geweven akoestische vezels zet geluidsgolven om in elektrische impulsen.

© Fink Lab MIT / Elizabeth Meiklejohn RISD

In het laboratorium veranderen elektrisch actieve vezels textiel in kleine energiecentrales, koelunits, sensoren of energieopslagapparaten. Nu kan het shirt ook als microfoon fungeren. Amerikaanse materiaalonderzoekers bereikten deze prestatie door op maat gemaakte piëzo-elektrische vezels te gebruiken en in stof te geweven. Zoals ze in het tijdschrift Nature melden, kunnen deze audiomaterialen worden gebruikt om hoortoestellen te ondersteunen of om de hartslag in realtime te analyseren.

Voor de vezels gebruikten Yoel Fink en zijn team van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge flexibele plastic vezels die mechanische bewegingen kunnen omzetten in elektrische impulsen. Dit piëzo-elektrische effect was echter voorheen te klein om adequaat te kunnen reageren op de kleine drukverschillen van de geluidsgolven. Dus integreren ze extra piëzo-elektrische nanokristallen gemaakt van bariumtitanaat in een piëzo-plastic dat is verzacht door hitte. Ze drukten deze massa door een fijn mondstuk en voegden tegelijkertijd als elektroden filigrane koperdraden aan de akoestische vezels toe. Er ontstond een elastische draad van 70 meter lang en ongeveer een millimeter dik.

Wetenschappers hebben deze draad in een weefselweefsel geweven. Een enkele akoestische vezel was voldoende om van een groter stuk stof, tot een vierkante meter groot, een microfoon te maken. Als geluidsgolven in het frequentiebereik tussen 200 en 1000 Hz dit materiaal raken, worden afhankelijk van de grootte kleine spanningspulsen gegenereerd. Klappende handen genereert bijvoorbeeld ongeveer één spanningspuls. Deze spanningspulsen kunnen op hun beurt worden omgezet in geluidsgolven die hoorbaar zijn via een versterker.

Dit audiomateriaal heeft echter nog niet de hoge gevoeligheid van de microfoon bereikt. Maar het is voldoende om bijvoorbeeld de locatie van de geluidsbron nauwkeurig te kunnen bepalen. “Het weefsel kan de richting van het geluid binnen één graad detecteren op een afstand van drie meter”, zegt Grace Noel, een onderzoeker die bij het werk betrokken is. Zo kan een T-shirt met audiovezels mensen met een gehoorbeperking helpen om zich optimaal af te stemmen op de bron van het geluid. In een ander experiment liet het akoestische materiaal – dat in de borst van een proefpersoon wordt gedragen – de hartslag horen en ook omzetten in elektrische signalen.

Deze experimenten laten zien dat textiel met piëzo-elektrische vezels geschikt is als geluidsgolfdetector. In verdere tests kan de gevoeligheid worden verhoogd met verbeterde akoestische vezels. Aangevuld met andere functionele vezels, bijvoorbeeld om elektriciteit op te wekken en op te slaan, is de ontwikkeling van functionele kleding voor slechthorenden of voor permanente bewaking van de hartfunctie verleidelijk. Omdat de akoestische vezels gemakkelijk duizenden bochten en zelfs vele wasbeurten hebben doorstaan, zijn ze ook stabiel genoeg voor continu gebruik.