Illustration de l'interrogation optique ultrasensible des mouvements de résonateurs nanoélectromécaniques à peau de tambour atomiquement mince (constitués de couches atomiques de cristaux semi-conducteurs MoS2). Crédit:Case Western Reserve University
Des chercheurs de l'Université Case Western Reserve développent des « têtes de tambour » atomiquement minces capables de recevoir et de transmettre des signaux sur une plage de fréquences radio bien supérieure à ce que nous pouvons entendre avec l'oreille humaine.
Mais la peau de tambour est des dizaines de milliards de fois (10 suivis de 13 zéros) plus petite en volume et 100, 000 fois plus mince que le tympan humain.
Les progrès contribueront probablement à rendre la prochaine génération de communications et de dispositifs sensoriels à très faible consommation plus petite et avec de plus grandes plages de détection et de réglage.
« La détection et la communication sont la clé d'un monde connecté, " dit Philip Feng, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique et auteur correspondant d'un article sur les travaux publié le 30 mars dans la revue Avancées scientifiques . "Au cours des dernières décennies, nous avons été connectés avec des appareils et des systèmes hautement miniaturisés, et nous avons recherché des tailles toujours plus réduites pour ces appareils."
Le défi de la miniaturisation :atteindre également une plage dynamique de détection plus large, pour les petits signaux, comme le son, vibration, et les ondes radio.
"À la fin, nous avons besoin de transducteurs capables de traiter les signaux sans perdre ou compromettre les informations à la fois au niveau du « plafond de signal » (le niveau le plus élevé d'un signal non déformé) et du « plan de bruit » (le niveau détectable le plus bas), " dit Feng.
Comparaison des gammes dynamiques et des bandes de fréquences des tympans humains, autres animaux, et des peaux de tambour atomiquement minces. Crédit:Case Western Reserve University
Bien que ce travail n'ait pas été orienté vers des appareils spécifiques actuellement sur le marché, les chercheurs ont dit, il était axé sur les mesures, limites et échelle qui seraient importantes pour pratiquement tous les transducteurs.
Ces transducteurs pourraient être développés au cours de la prochaine décennie, mais pour l'instant, Feng et son équipe ont déjà démontré la capacité de leurs composants clés - les peaux de tambour ou les résonateurs à couche atomique - à la plus petite échelle à ce jour.
Le travail représente la plage dynamique la plus élevée signalée pour les transducteurs vibrants de leur type. À ce jour, cette plage n'avait été atteinte que par des transducteurs beaucoup plus gros fonctionnant à des fréquences beaucoup plus basses, comme le tympan humain, par exemple.
"Ce que nous avons fait ici, c'est de montrer que certains ont finalement miniaturisé, les résonateurs électromécaniques de peau de tambour atomiquement minces peuvent offrir une plage dynamique remarquablement large, jusqu'à ~110dB, à des fréquences radio (RF) jusqu'à plus de 120MHz, " a déclaré Feng. "Ces plages dynamiques à RF sont comparables à la large plage dynamique de la capacité auditive humaine dans les bandes audio."
Nouvelle norme dynamique
Feng a déclaré que la clé de tous les systèmes sensoriels - des fonctions sensorielles naturelles chez les animaux aux dispositifs sophistiqués en ingénierie - est la plage dynamique souhaitée.
