導讀
近日，韓國蔚山國立科技大學（UNIST）所屬的一支國際科研團隊展示了一項創新型的可穿戴技術，它可以將你的皮膚變為揚聲器。
背景
作為廣受各界關注的前沿科技之一，柔性可穿戴技術為人類帶來了許多有價值的應用，例如顯示、成像、存儲、健康監測、能量存儲等。
基於織物的OLED（圖片來源：KAIST）
基於碳納米管的柔性太赫茲成像儀（圖片來源：東京工業大學）
用藍光或者綠光分別在柔性電晶體上「寫入」或「擦除」信息。（圖片來源：Paolo Samori / 斯特拉斯堡大學 & CNRS）
由面巾紙轉化而來的可穿戴傳感器（圖片來源：Dennis R. Wise / 華盛頓大學）
可以從汗水中提取能量的新型柔性燃料電池（圖片來源：加州大學聖地牙哥分校）
聲學，也是柔性可穿戴技術的一個頗具潛力的應用領域，然而這一領域的應用似乎並不多。去年，筆者介紹過一個非常經典的聲學應用。美國密西根州立大學的研究團隊開發出一個如同紙張般薄的柔性可穿戴設備，它不僅可從人體運動中吸取能量，還能做成柔性的揚聲器或者麥克風，甚至可以將揚聲器和麥克風合二為一。
如同小旗一般的可摺疊的揚聲器（圖片來源：密西根州立大學）
如同貼片一般的柔性麥克風（圖片來源：密西根州立大學）
這種設備可以實現聲能和電能之間雙向轉化，不僅能通過電產生聲，也可通過聲產生電。未來，這種設備有望集成到個人電腦、可穿戴設備、智能硬體等一些列消費電子產品中。
創新
今天，筆者要再為大家介紹一項在聲學領域應用的柔性可穿戴技術。
近日，韓國蔚山國立科技大學（UNIST）所屬的一支國際科研團隊展示了一項創新型的可穿戴技術，它可將你的皮膚變為揚聲器。
（圖片來源：UNIST）
這項突破性的研究由韓國蔚山國立科技大學能源與化學工程學院教授 Hyunhyub Ko 領導。
（圖片來源：UNIST）
技術
在這項研究中，科研團隊開發出了超薄、透明、導電的雜化納米薄膜，它具有納米級的厚度，並由嵌入到聚合物基體中的正交的銀納米線陣列組成。
用正交的銀納米線陣列製造出獨立式的雜化納米薄膜（圖片來源：參考資料【2】）
然後，為了演示他們的納米膜，他們將納米薄膜做成可粘貼到任何物體表面並發聲的揚聲器。研究人員也開發了一個相似的設備來作為麥克風使用，它能與智慧型手機以及電腦相連接，用於解鎖需要語音激活的安全系統。
基於語音的個人安全系統（圖片來源：參考資料【2】）
納米薄膜（NMs）是分子薄的隔離層，厚度為納米級。聚合物納米膜由於其傑出的優點，例如極大的柔性、超輕的重量、卓越的黏合性（它們幾乎可粘貼到任何物體的表面），受到了各界極大的關注。然而，它們卻容易被扯破，而且不具備導電性。
研究人員通過將銀納米線網絡嵌入到聚合物基的納米薄膜中，解決了上述問題，從而展示了可粘貼到皮膚上、讓人不易察覺的揚聲器和麥克風。
銀納米線複合物雜化納米薄膜與三維微結構的共形接觸（圖片來源：參考資料【2】）
韓國蔚山國立科技大學能源與化學工程系博士後、論文第一作者 Saewon Kang 表示：「我們的超薄、透明且導電的雜化納米薄膜，改善了與曲線且不斷變化的表面之間的共形接觸，且不會帶來任何開裂和斷裂。」
他補充說：「這些層可以檢測到相應的摩擦電壓信號帶來的聲音以及聲樂振動，它可以通過進一步開發帶來各種潛在應用，例如聲音輸入輸出設備。」
研究團隊採用雜化納米薄膜，製造出可以粘貼到皮膚上的納米薄膜揚聲器與麥克風。它們具有的卓越透明性與共形接觸能力，因此不容易被察覺到。這些可穿戴的揚聲器和麥克風厚度如紙張一般，卻仍能傳導聲音信號。
這種可粘貼到皮膚上的納米薄膜揚聲器的工作方式，是通過溫度誘致的周圍空氣振蕩激發熱聲。當電流通過導體並產生熱量導致這些溫度振蕩時，就會發生這種周期性的焦耳加熱。它成為了一個可拉伸、透明且可粘貼到皮膚上的揚聲器，因此受到了極大關注。
可以粘貼到皮膚上的納米薄膜揚聲器（圖片來源：參考資料【2】）
可穿戴的麥克風是一種可粘貼在說話者的脖子上，甚至可以感知到聲帶振動的傳感器。這種傳感器是通過將由透明導電納米纖維振蕩產生的摩檫力轉化為電能來工作的。從麥克風的運作來說，這種雜化納米薄膜被插入到具有微型圖案的彈性薄膜之間，基於與彈性薄膜接觸帶來的摩擦電壓，精準地檢測聲音與聲帶的振動。
可穿戴且透明的納米薄膜麥克風（圖片來源：參考資料【2】）
價值
Ko 教授表示：「我們研究的最大突破就是開發出超薄、透明且導電的雜化納米薄膜，其厚度是納米級的，低於100納米。納米薄膜傑出的光學、電氣與機械性能，帶來了可以粘貼到皮膚上、不容易被察覺的揚聲器和麥克風。」
這項新技術除了可以幫助到聽力和語言障礙患者，還可以經過進一步開發用於各種各樣的潛在應用，例如可穿戴的物聯網（IoT）傳感器以及共形的醫療保健裝置。
未來
Ko 教授表示：「對於商業應用來說，納米膜的機械持久度以及揚聲器和麥克風的性能都有待進一步改善。」
關鍵字
可穿戴、柔性電子、物聯網、揚聲器、納米薄膜
參考資料
【1】http://news.unist.ac.kr/transparent-loudspeakers-and-mics-that-let-your-skin-play-music/
【2】Saewon Kang, Seungse Cho, Ravi Shanker, Hochan Lee, Jonghwa Park, Doo-Seung Um, Youngoh Lee, Hyunhyub Ko. Transparent and conductive nanomembranes with orthogonal silver nanowire arrays for skin-attachable loudspeakers and microphones. Science Advances, 2018; 4 (8): eaas8772 DOI: 10.1126/sciadv.aas8772