تقنية رائدة جديدة تشجع مادة الغرافين المدهشة على «الحديث» يمكن أن تحدث ثورة في الصناعات السمعية والاتصالات العالمية.
وقد ابتكر الباحثون من جامعة إكستر طريقة رائدة لاستخدام الغرافين لتوليد إشارات صوتية معقدة ويمكن السيطرة عليها.
وجوهر الموضوع يكمن في الجمع بين (مكبر صوت –Speaker) و(مضخم –Amplifier) و(معادل رسمي –graphic equalizer) في رقاقة يقارب حجمها حجم ظفر الإبهام أو صورة صغيرة.
تهتز مكبرات الصوت التقليدية ميكانيكيًا لإنتاج الصوت، مع لفائف أو أغشية متحركة لدفع الهواء حولها ذهابا وإيابا.
وتعتبر تقنية ضخمةً في مجال التكنولوجيا ولم تتغير كثيرًا منذ أكثر من قرن.
ويختلف الوضع في تلك التقنية الجديدة المبتكرة، فهي لا تحتوي على أية أجزاء متحركة، بل بتسخين وتبريد طبقة من مادة الغرافين الرقيقة بشكل سريع بواسطة تيار كهربائي متناوب، ويؤدي نقل هذا التباين الحراري إلى الهواء إلى تمدده وانكماشه، وبالتالي توليد موجات صوتية.
على الرغم من أن فكرة تحويل الحرارة إلى صوت ليست جديدة، فإن فريق (إكستر–Exeter) هي أول من أوضح أن هذه العملية البسيطة تسمح لترددات الصوت بالاختلاط والتضخيم والتعادل، كل ذلك في ذلك الجهاز الذي لا يتعدى حجمه ملليمتر مربع.
بالإضافة إلى أنّ الغرافين شفاف تماما تقريبا، ولذلك فإن قدرته على إنتاج أصوات معقدة دون حركة بدنية يمكن أن تفتح جيلا جديدا من التقنيات السمعية البصرية، بما في ذلك شاشات الهاتف المحمول التي تنقل الصور والصوت معًا.
وتم نشر البحث المتعلق بهذا الموضوع في مجلة (التقارير العلمية –Scientific Reports).
صورة توضح مدَى صغر حجم الجهاز
ويقول دكتور (ديفيد هورسيل –David Horsell) وهو محاضر أول في مجال الأنظمة الكمومية ومجموعة المواد النانوية في إكستر، والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية: «إنّ مجال (الصوتيات الحرارية –Thermoacoustics) – تحويل الحرارة إلى صوت – لقد تم التغافل عنها لأنّها تعتبر العملية غير فعالة حيث أن ليس لها تطبيقات عملية حقيقية، ولكننا نظرنا في الطريقة التي يتم بها إنتاج الصوت، ووجدنا أنه من خلال التحكم في التيار الكهربائي عن طريق الغرافين لم نتمكن فقط من إنتاج موجات صوتية ولكننا توصلنا أيضًا إلى تغيير حجمها وتحديد كيفية تضخيم ترددها.
هذا التضخيم والسيطرة على موجات الصوت يفتح أمامنا مجموعة من التطبيقات في العالم الحقيقي والتي لم نتصور أبدًا أن نحصل عليها».
وتشمل تلك التطبيقات الجديدة للفريق التصوير بالموجات فوق الصوتية؛ لاستخدامها في المستشفيات والمرافق الطبية الأخرى في المستقبل.
ومن المعروف أن قوة الغرافين العالية ومرونته تسمح باتصال سطحي أقوى مما يؤدي إلى جودة تصوير أفضل بمراحل.
وعلاوة على ذلك، فإن حقيقة أن الأجهزة الصوتية التي وضعها فريق إكستر تعتبر بسيطة ورخيصة، جعلت مفاهيم مثل الضمادات الذكية التي ترصد حالة المريض وتعالجه مباشرة إمكانية حقيقية.
وأضاف دكتور هورسيل: «يمثل خلط الترددات مفتاحًا رئيسًا للتطبيقات الجديدة، وتسمح لنا آلية توليد الصوت أن نأخذ اثنين أو أكثر من مصادر الصوت المختلفة ومضاعفتهم معا.
وهذا يؤدي إلى كفاءة توليد الموجات الصوتية فوق الصوتية.
ويعتبر الشيء الأكثر إثارة هو أنّ هذه الخدعة من الضرب تحدث بطريقة بسيطة بشكل ملحوظ ويمكن السيطرة عليها.
ويمكن أن يكون لذلك أثر حقيقي في صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية، والتي تحتاج إلى الجمع بين الإشارات بهذه الطريقة.
ولكنّها تستخدم حاليًا أساليب معقدة نوعًا ما، ممّا يجعل الأمر مكلف جدًا لتنفيذه».
- ترجمة: علي كريمة
- تدقيق: محمد نور
- تحرير: جورج موسى
- المصدر
