Nano-ouvido supera tímpano humano

Redação do Site Inovação Tecnológica

Os nano-ouvidos são formados por camadas atomicamente finas de molibdenita. [Imagem: Case Western Reserve University]

Ouvido em nanoescala

Membranas com a espessura de poucos átomos estão permitindo construir "nano-ouvidos" superpotentes, capazes de receber e transmitir uma faixa de frequências muito acima daquela que o ouvido humano pode ouvir.

As membranas atomicamente finas são trilhões de vezes - 10 seguido de 13 zeros - mais finas do que o tímpano humano.

A ideia é construir uma nova geração mais eficiente e ultraminiaturizada de dispositivos, incluindo não apenas microfones e alto-falantes, mas toda uma gama de tecnologias sônicas - brocas, sistemas de levitação e raios tratores são alguns exemplos.

O problema em miniaturizar os dispositivos sônicos está justamente na obtenção de uma faixa dinâmica mais larga.

"No final, precisamos de transdutores que possam manipular sinais sem perder ou comprometer a informação, tanto no 'teto do sinal' (o nível mais alto de um sinal não distorcido), quanto no 'piso de ruído' (o menor nível detectável)," explicou o professor Philip Feng, da Universidade Case Western, nos EUA.

Membranas atômicas

O tímpano humano normalmente tem um alcance dinâmico de 60 a 100 dB na faixa de 10Hz a 10kHz, e nossa audição diminui rapidamente fora dessa faixa de frequência. Outros animais, como o gato doméstico ou a baleia beluga, podem ter faixas dinâmicas comparáveis ou ainda mais amplas em bandas de frequência mais altas.

As membranas vibratórias em nanoescala desenvolvidas pela equipe foram fabricadas de camadas atômicas de cristais semicondutores. Foram testadas de uma a quatro camadas de cristais de molibdenita (MoS₂), medindo 0,7, 1,4, 2,1 e 2,8 nanômetros, respectivamente. Cada membrana mede 1 micrômetro de diâmetro.

Os nanotímpanos alcançam a qualidade de audição dos gatos. [Imagem: Case Western Reserve University]

Audição dos gatos

O resultado é um nano-ouvido superior ao ouvido humano, comparável em capacidade de detecção ao ouvido de um gato.

As nanomembranas apresentam uma excelente capacidade de "sintonização", o que significa que seus tons podem ser manipulados esticando as membranas usando forças eletrostáticas, semelhante ao que se faz quando se afina o som de um instrumento musical. O consumo de energia fica na faixa dos picowatts (10^-12Watt) aos nanowatts (10^-9 Watt) para um funcionamento sustentado.

Bibliografia:

Electrically tunable single- and few-layer MoS2 nanoelectromechanical systems with broad dynamic range
Jaesung Lee, Zenghui Wang, Keliang He, Rui Yang, Jie Shan, Philip X.-L. Feng
Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.aao6653