В некоторых случаях крошечные волоски, присутствующие в улитке внутреннего уха, позволяют мозгу распознавать электрические импульсы при прерывании звуков. Это может привести к потере слуха. В качестве меры, принятой в отношении сложной искусственной улитки, ученые в журнале ACS Nano описывают проводящую мембрану, которая может преобразовывать звуковые волны в соответствующие электрические сигналы при имплантации в модельное ухо. Для этого не нужна внешняя сила.

Несмотря на то, что волосковые клетки функционируют внутри стопора внутреннего уха, невозможно предотвратить повреждение. В настоящее время лечение ограничивается кохлеарными имплантатами или слуховыми аппаратами. Однако такие устройства нуждаются во внешних источниках питания и могут иметь проблемы с должным усилением речи, чтобы ее понимал пользователь.

Одно из возможных решений – имитировать здоровые волоски улитки, преобразовывая шум в электрические сигналы, обрабатываемые мозгом в виде заметных звуков. Чтобы достичь этого, предыдущие ученые пытались использовать пьезоэлектрические материалы с автономным питанием, которые заряжаются, когда они сжимаются давлением, которое следует за звуковыми волнами, и трибоэлектрические материалы, которые генерируют трение и статическое электричество при движении такими волнами.

Но эти устройства непросты в изготовлении, и они не генерируют достаточного количества сигналов на всех частотах, входящих в человеческую речь. Поэтому Юньмин Ван и его сотрудники хотели получить простой метод изготовления материала, который использовал бы трение и сжатие для акустического сенсорного устройства с высокой чувствительностью и эффективностью в широком диапазоне звуковых частот.

Чтобы создать пьезо-трибоэлектрический материал, ученые смешали наночастицы титаната бария, покрытые диоксидом кремния, в проводящий полимер, который они высушили в тонкую гибкую пленку. Они удалили оболочки из диоксида кремния с помощью щелочного раствора.

На этом шаге не было губчатой ​​мембраны с пространствами около наночастиц, что позволяло им толкаться при попадании звуковых волн. В ходе испытаний ученые продемонстрировали, что контакт между наночастицами и полимером увеличивает электрическую мощность мембраны на 55% по сравнению с исходным полимером.

Когда мембрана была зажата между двумя тонкими металлическими решетками, акустическое чувствительное устройство генерировало оптимальный электрический сигнал с частотой 170 Гц, частотой в диапазоне большинства голосов взрослых. В конце концов, ученые имплантировали устройство в модельное ухо и воспроизвели музыкальный файл.

Электрический выход был записан исследователями и преобразован в новый аудиофайл, очень похожий на исходную версию. Ученые говорят, что их автономное устройство чувствительно к обширному акустическому диапазону, необходимому, чтобы слышать большинство звуков и голосов.

Исследователи благодарят за финансовую поддержку Общей программы Национального фонда естественных наук Китая, фондов фундаментальных исследований для центральных университетов и двойного независимого инновационно-предметного строительства первого класса.

Ссылка на журнал:

Zheng, J., и др. . (2021) Акустический кор-оболочка резонансный комбайн для искусственной улитки на основе пьезо-трибоэлектрического эффекта. ACS Nano . doi.org/10.1021/acsnano.1c04242.

Источник: https://www.acs.org/[19459011visible