CRONACA – Un disco trasparente collegato a un portatile, e il Peer Gynt è servito. A emettere musica non è però un normale altoparlante: infatti, quello inventato al laboratorio di scienza dei materiali dell’Università di Harvard funziona grazie al movimento di ioni.
Il dispositivo consiste di un sottile foglio di gomma, schiacciato tra due strati di un gel di acqua salata, ed è totalmente trasparente. Un segnale ad alta tensione, percorrendo le superfici e attraversando gli strati, fa contrarre rapidamente la gomma e la fa vibrare, producendo suoni che coprono l’intero spettro uditivo, da 20 hertz e 20 chilohertz.
Eppure non si tratta di un congegno elettronico. Pubblicato sull’ultimo numero di Science, lo studio che illustra l’invenzione statunitense rappresenta invece la prima dimostrazione che le cariche elettriche, trasportate dagli ioni (invece che dagli elettroni, come avviene di solito), possono essere usate proficuamente in dispositivi che necessitano di movimenti rapidi e di alto voltaggio.
“I conduttori ionici potrebbero in futuro sostituire i sistemi elettronici, rispetto ai quali offrono anche diversi vantaggi”, spiega il coautore della ricerca, Jeong-Yun Sun, ricercatore alla Sezione di ingegneria e scienze applicate ad Harvard.
Per esempio, i conduttori ionici possono essere allungati per un certo numero di volte la misura della loro superficie normale, e senza che si verifichino aumenti di resistività: un problema invece comune nei dispositivi elettronici estendibili. In secondo luogo, possono essere trasparenti, il che li rende adatti alle applicazioni ottiche. Infine, i gel usati come elettroliti sono biocompatibili, per cui sarebbe relativamente facile incorporare i dispositivi ionici, come pelle o muscoli artificiali, in sistemi biologici.
Dopotutto, i segnali trasportati dagli ioni carichi sono l’elettricità del corpo umano: permettono ai neuroni di condividere informazioni e al cuore di battere, e per questo motivo i bioingegneri sarebbero assai contenti di riuscire a creare organi e arti artificiali usando il nuovo sistema.
L’altoparlante creato ad Harvard è una prova molto convincente a favore dei conduttori ionici: infatti la produzione dei suoni sull’intero spettro uditivo richiede sia alte tensioni (per comprimere fortemente lo strato di gomma), sia movimenti ad alta velocità (per permettere vibrazioni rapide), due criteri importanti per le applicazioni, ma che in passato hanno escluso l’uso di questo tipo di conduttori.
I problemi tradizionali sono ben noti ai ricercatori del campo: le alte tensioni innescano reazioni elettrochimiche nei materiali ionici, producendo gas e bruciando i materiali. Gli ioni sono anche molto più grandi e pesanti degli elettroni, quindi farli muovere fisicamente attraverso un circuito è un processo lento. Il sistema americano supera entrambi questi problemi.
“A molti sembrerà controintuitivo che i conduttori ionici possano essere usati in un sistema che richiede movimenti rapidi”, continua Sun. “Ma usando lo strato di gomma come isolante, riusciamo a controllare la tensione alle interfacce in cui il gel tocca gli elettrodi, e non ci dobbiamo preoccupare di reazioni chimiche indesiderate. Il segnale in ingresso è una corrente alternata, e usiamo il foglio di gomma come capacitore, bloccando così il flusso di portatori di carica nel circuito. Di conseguenza, non dobbiamo muovere continuamente gli ioni in una direzione, il che rallenterebbe il movimento; invece, più semplicemente, li ridistribuiamo, e possiamo farlo migliaia di volte al secondo”.
Sam Liss, direttore dello sviluppo delle attività commerciali al Centro di sviluppo tecnologico di Harvard sta ora collaborando col gruppo di ricercatori, per arrivare a una commercializzazione della nuova tecnologia. Il piano è lavorare con imprese in un ampio spettro di categorie di prodotti, inclusi i tablet, gli smartphone, l’elettronica indossabile, i dispositivi audio di largo consumo e le ottiche adattive, usate nei telescopi per contrastare l’effetto dell’atmosfera, che ne riduce il potere risolutivo. “Con la diffusione dei congegni elettronici indossabili, si potrebbe immaginare di avere un paio di occhiali capaci di alternare visione grandangolare, teleobiettivo, o modi di lettura basati su comandi vocali o gesti”, suggerisce Liss.
Crediti immagine: Keoni Cabral, Flickr
