Los profesores Stefan Seelecke y Paul Motzki de la Universidad de Saarland están desarrollando materiales inteligentes que abren nuevas vías en la tecnología de reproducción del sonido: altavoces ligeros que consumen mucha menos energía que sus homólogos convencionales, formas novedosas para generadores de sonido y señales y aplicaciones con tejidos que cancelan el ruido. La base de estos materiales inteligentes son películas ultrafinas de silicona que pueden actuar como músculos artificiales con sus propios sensores incorporados.

Las películas ultrafinas podrían sustituir a los pesados componentes de los altavoces actuales, que consumen mucha energía, aligerando los sistemas y haciéndolos más sostenibles desde el punto de vista medioambiental. Y eso no sólo facilitaría la vida de los técnicos de escenario y los operarios que tienen que apilar torres de altavoces en estadios y salas de conciertos, sino que también podría reducir la demanda de electricidad en millones de hogares. Los transductores magnéticos de los altavoces de los sistemas de megafonía y los escenarios consumen mucha energía eléctrica. No es raro que los niveles de potencia alcancen cientos de miles de vatios en eventos a gran escala. Pero el consumo de energía en instalaciones domésticas de sonido envolvente (sistemas de música o cine en casa) tampoco es desdeñable. La mayoría de nosotros sabemos lo rápido que hay que recargar un altavoz (inalámbrico) alimentado por pilas.

Pero la nueva tecnología desarrollada por el profesor Stefan Seelecke y su equipo de investigación del Laboratorio de Sistemas de Materiales Inteligentes de la Universidad de Saarland y el ZeMA (Centro de Mecatrónica y Tecnología de Automatización) de Saarbrücken es mucho más eficiente desde el punto de vista energético. Su tecnología no depende de materiales caros y difíciles de conseguir; todo lo que necesita es una película de silicona, un poco de negro de humo y una unidad de control inteligente. Estos nuevos sistemas de accionamiento basados en películas ofrecen la posibilidad de crear altavoces con formas totalmente nuevas. Nuestros sistemas de materiales inteligentes fabricados con elastómeros dieléctricos abren la posibilidad de replantear gran parte de lo que sabemos en el campo de la acústica. Estos sistemas podrían ayudar a hacer más sostenible la tecnología de los altavoces y a desarrollarla en nuevas direcciones", ha declarado el profesor Stefan Seelecke.

El abanico de posibles aplicaciones es muy amplio. Por ejemplo, las láminas podrían integrarse en textiles montados en la pared para anular activamente el ruido ambiental, o si se llevan en el cuerpo, podrían emitir señales acústicas. El equipo de investigadores de Saarbrücken presentará su tecnología en la feria de Hannover de este año, donde buscarán socios comerciales e industriales con los que investigar y desarrollar la tecnología para nuevas aplicaciones.

La tecnología se basa en finas películas de silicona recubiertas con una capa conductora de electricidad para crear elastómeros dieléctricos que sólo necesitan niveles muy bajos de energía eléctrica para funcionar. Variando el campo eléctrico aplicado, el equipo de investigadores puede hacer que el elastómero vibre a alta frecuencia o ejecute movimientos de flexión continuamente variables. Si la película elastomérica se enrolla, puede utilizarse como un nuevo tipo de controlador de altavoz, sustituyendo a los pesados electroimanes o imanes permanentes, que consumen mucha energía, que accionan las membranas de los altavoces, sin dejar de ofrecer ricas frecuencias graves.

Se imprime una capa de electrodos muy flexible a base de negro de humo en ambas caras de la película de silicona", explica el profesor Paul Motzki, que investigó en este campo como posdoctorando en el equipo de Seelecke. Si aplicamos un voltaje al elastómero, los electrodos se atraen entre sí, comprimiendo el polímero y haciendo que se expanda lateralmente, con lo que aumenta su superficie", explica Motzki, que ahora es profesor interinstitucional de sistemas de materiales inteligentes para la producción innovadora en la Universidad del Sarre y en ZeMA, donde dirige el área de investigación "Sistemas de materiales inteligentes". Como se contraen de este modo, las láminas de polímero también han recibido el nombre de músculos artificiales. Y cada vez que cambian de forma, también lo hace la capacitancia eléctrica de la película. Cada valor de capacitancia corresponde a una posición concreta de la lámina. La película se convierte así en su propio sensor. Combinando los datos de medición con algoritmos inteligentes, el equipo puede programar secuencias de movimiento extremadamente rápidas y controlar así con precisión el comportamiento de la película de elastómero. Alterando el campo eléctrico aplicado, los investigadores pueden hacer que la película pulse, oscile o se flexione a la frecuencia deseada.

También se puede hacer que la película genere tonos acústicos individuales o incluso múltiples si se superponen varias frecuencias de vibración, lo que convierte a la película elastomérica en su propio altavoz. Dependiendo de la aplicación, podemos utilizar la lámina como sistema de accionamiento y generador de sonido al mismo tiempo. Podemos desarrollar soluciones técnicas con formas y diseños novedosos que, además, son increíblemente compactas, con apenas unos milímetros de grosor", explica Sophie Nalbach, que trabajó en películas inteligentes como parte de su tesis doctoral en el grupo del profesor Seelecke y ahora es jefa de grupo en el área de investigación "Sistemas de materiales inteligentes" de ZeMA. Aunque las láminas no desplazan el aire lo suficiente como para igualar el rendimiento de los altavoces convencionales actuales, sí que podrían incorporarse a tejidos capaces de emitir señales acústicas de advertencia.

Antecedentes:
La tecnología que aquí se expone se ha estudiado y desarrollado en varios proyectos de investigación doctoral. Los resultados se han publicado como artículos en diversas revistas científicas. El trabajo de investigación también ha recibido el apoyo de numerosas fuentes. Por ejemplo, el gobierno del Estado federado del Sarre prestó apoyo financiero a través del proyecto BEAT, un proyecto de colaboración con la empresa Stamer GmbH, con sede en el Sarre, y a través del proyecto iSMAT del FEDER (Fondo Europeo de Desarrollo Regional). La financiación de la UE corrió a cargo de una beca de investigación Marie Curie.

El equipo del profesor Seelecke trabaja actualmente en varios proyectos de investigación destinados a desarrollar estos sistemas de accionamiento basados en láminas para diversas aplicaciones, incluida la forma de interconectarlos para que puedan comunicarse y cooperar colectivamente. Para ello, los investigadores tendrán que dotar de nuevas capacidades a las superficies e interfaces, lo que a su vez exige una mayor miniaturización de la tecnología.

Más información