Grafen-baserede mikrofoner kan sætte fart i trådløs ultrasonisk kommunikation

Kulstofmaterialet grafen kan være nøglen til at udvikle trådløse akustiske kommunikationssystemer, fremgår det af en ny artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

Disse kan med fordel i visse situationer erstatte eller supplere trådløse elektromagnetiske kommunikationssystemer. Det skyldes, at der efterhånden er ved at være fyldt godt i de elektromagnetiske frekvensbånd, og visse steder er elektromagnetiske bølger slet ikke velegnede.

Akustiske bølger kan eksempelvis udbrede sig gennem elektrisk ledende materialer og i vand. De kendes fra dyreverden hos bl.a. hvaler og delfiner og anvendes også til kommunikation med ubåde.

Mange forskere har arbejdet med at udvikle trådløse akustiske kommunikationssystemer gennem flere år og løbet ind i en række udfordringer.

Når det gælder trådløs kommunikation på land, er problemet, at det subsoniske bånd op til 10 hertz forstyrres af bevægelser fra køretøjer og bygninger, audiobåndet fra 10 Hz til 20 kHz forstyrres af menneskelig tale, mens det ultrasoniske bånd over 20 kHz har været svært at udnytte, da der har manglet bredbåndede ultrasoniske sendere og modtagere.

I PNAS-artiklen fremlægger Alex Zettl og tre andre forskerer fra University of California, Berkeley en grafen-baseret mikrofon med fladt frekvensrespons op til mindst 0,5 MHz, som derfor er velegnet til ultrasonisk kommunikation.

Det er tykkelsen af membranen i mikrofonen, der bestemmer, hvilke frekvenser den kan registrere. I menneskets øre har trommehinden en tykkelse på 100 mikrometer. Det giver et fladt frekvensrespons op til 2 kHz og øvre grænse omkring 20 kHz. Flagermus har en tyndere trommehinde, der giver den mulighed for at registrere ekkosignaler op til 200 kHz.

Forskerne anfører, at de bedste kommercielle mikrofoner som Brüel & Kjær 4138 har et fladt frekvensrespons op til 140 kHz. Det er ved at anvende et 20 nanometer multilag af grafen som membran, at forskerne har opnået et fladt frekvensrespons op til mindst 0,5 MHz.

De samme forskere har tidligere fremstillet en højttaler, der også fungerer op til mindst 0,5 MHz. Den øvre grænse er bestemt af det måleudstyr, som forskerne har haft til rådighed, og den kan derfor sagtens være højere.

Med de to komponenter har de fremstillet et akustisk kommunikationssystem, hvor de har moduleret en 0,3 MHz bærebølge med en 5 kHz savtaksbølge.

De har desuden afprøvet systemet som en metode til afstandsbestemmelse efter samme princip, som flagermus udnytter, og vist, at de med et simpelt system kan opnå en nøjagtighed i afstandsmålinger på under en millimeter.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er en teknologi der har været under udvikling igennem tusinder af år. Men trods mængden af forskere (Nogle undersøgelser peger på henved 6 milliarder forskere) så har det endnu vist sig svært at få fuldstændig styr på denne akustiske kommunikationsform, der har vist sig at der ganske ofte sker forstyrrelser i transmissionen således at modtagerstationen modtager en helt anden datapakke - eller oversætter datapakken forkert. Disse fejlkilder har således været årsag til mange udfordringer igennem tiden. Dog har det ikke afholdt forskerholdet fra at fortsætte ufortrødent med at afprøve denne fantastiske teknologi - også kendt som "tale".

Undskyld, jeg kunne ikke lade være - jeg kom bare til at klukke lidt over kommentaren om at man har afvist båndet fra 20 Hz til 20 kHz fordi det blev forstyrret af menneskelig tale - hvad med den anden vej? Jeg tror da nok jeg ville føle mig forstyrret af at kunne høre alle datapakkerne blive transmitteret igennem luften på mit trådløse netværk!

  • 6
  • 0

Nu høre vi konstant om nye områder hvor grafen kan revolutionere, men er der begyndt nogen form for masseproduktion endnu, synes ikke jeg har hørt om nogle produkter på markedet som bruger grafen?

  • 0
  • 0

Akustisk kommunikation med grafen kan give en båndbredde på 500 kHz. Den mængde information, som kan ligge indenfor denne båndbredde er begrænset. Og i forhold til det elektromagnetiske spektrum intet. Vi kan meget nemt finde båndbredde til 500 kHz i det elektromagnetiske spektrum, selvom der er godt fyldt.

Akustisk kommunikation kan måske finde anvendelser, hvor det ikke er muligt at at opnå forbindelse via radiobølger. Måske kan akustisk kommunikation anvendes som alternativ til elektromagnetisk ved RFID, i de tilfælde, hvor det er et problem, at elektromagnetisk kommunikation er let af afspærre. Ved høj frekvens, er dog også relativ let at afspærre for akustisk kommunikation. Vi kan forestille sig akustisk kommunikation anvendt på u-både, men får nok problemer fra Greenpeace...

Måske kan det bruges indenfor medicin, materiale forskning osv, f.eks. ultralydsfotografering.

  • 0
  • 0

Princippet er meget gammelt, det nye er blot at frekvensen er gået op. Graphen eller ej ved jeg ikke hvor grænsen ligger i en dåsetelefon.

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten