Troy Bouman tend la main, appuie sur play, et le haut-parleur assis sur le bureau commence à jouer la chanson de combat universitaire. Mais ce n'est pas un haut-parleur ordinaire. Il s'agit d'un transducteur à nanotubes de carbone, et il émet du son avec la chaleur.

Bouman et Mahsa Asgarisabet, tous deux étudiants diplômés de la Michigan Technological University, a récemment remporté un prix Best of Show à la conférence et exposition sur le bruit et les vibrations de SAE International 2015 pour ses recherches acoustiques sur les haut-parleurs à nanotubes de carbone. Ils travaillent avec Andrew Barnard, professeur adjoint de génie mécanique à Michigan Tech, pour démêler la physique fondamentale de ces haut-parleurs inhabituels.

Bien qu'encore une technologie naissante, les applications potentielles sont presque infinies. Tout, du dégivrage des pales d'hélicoptère à la fabrication de haut-parleurs plus légers, en passant par le doublement de haut-parleur de voiture et de filament chauffant pour les dégivreurs de pare-brise arrière.

Comment les nanotubes de carbone produisent du son

L'enceinte autonome elle-même est plutôt humble. En réalité, c'est un peu fragile. Une base en téflon soutient deux tiges de cuivre, et ce qui semble être un tissu noir transparent s'étend entre eux.

"Une petite rafale de vent à travers eux, et ils s'envoleraient, " dit Barnard. " Mais vous pouvez les secouer autant que vous le voulez, car ils ont une masse si faible, il n'y a pratiquement pas d'inertie."

Le matériau est solide côte à côte, car ce que l'œil nu ne peut pas voir, c'est la collection de nanotubes noirs qui composent ce film mince.

Les nanotubes sont des structures semblables à de la paille avec des parois d'une épaisseur d'un seul atome de carbone et ils peuvent chauffer et refroidir jusqu'à 100, 000 fois par seconde. Par comparaison, une feuille de platine d'environ 700 nanomètres d'épaisseur ne peut chauffer et refroidir qu'environ 16 fois par seconde. Le chauffage et le refroidissement des nanotubes de carbone provoquent la dilatation et la contraction de l'air adjacent. Cela pousse les molécules d'air et crée des ondes sonores.

"Les haut-parleurs traditionnels utilisent une bobine mobile, et c'est ainsi qu'ils créent des ondes sonores, " Dit Bouman. " Il y a une physique complètement différente derrière les haut-parleurs à nanotubes de carbone. "

Et à cause de ces différences, les haut-parleurs à nanotubes de carbone presque légers produisent un son d'une manière qui n'est pas initialement comprise par nos oreilles. Les recherches de Bouman se concentrent sur le traitement des ondes sonores pour les rendre plus intelligibles.

Acoustique

À ce jour, la plupart des recherches sur les nanotubes de carbone ont porté sur les matériaux. Des haut-parleurs à nanotubes de carbone ont été découverts accidentellement en 2008, montrant que l'idée était viable. En tant qu'ingénieurs mécaniciens étudiant l'acoustique, Barnard, Bouman et Asgarisabet affinent la technologie.

"Ils sont très légers et n'ont pas de pièces mobiles, " Asgarisabet dit, ce qui est idéal pour son travail dans le contrôle actif du bruit, où les films de nanotubes de carbone pourraient annuler le bruit des moteurs dans les avions ou le bruit de la route dans les voitures. Mais d'abord, elle dit, "Je veux me concentrer d'abord sur l'obtention d'un bon modèle thermique des haut-parleurs."

Avoir un modèle précis, Bouman ajoute, est le reflet de la compréhension des haut-parleurs à nanotubes de carbone eux-mêmes. Le travail de modélisation que lui et Asgarisabet effectuent jette les bases de la création de nouvelles applications pour la technologie.

Alors qu'il reste beaucoup de recherches sur le tri de la physique sous-jacente des haut-parleurs à nanotubes de carbone, pouvoir utiliser à la fois les propriétés thermiques et sonores les rend polyvalents. La minceur et l'apesanteur sont également attrayantes.

"Ce sont essentiellement des haut-parleurs conformables, " dit Barnard. Le film mince pourrait être drapé sur les tableaux de bord, les fenêtres, des murs, sièges et peut-être même des vêtements. Pour amener les haut-parleurs à ce point, Barnard et ses étudiants continueront d'affiner l'efficacité et la robustesse de la technologie, une couche mince de nanotubes de carbone à la fois.