Нить, которая слышит сердце

Полимерная нить с пьезоэлектрическими элементами превращает одежду в микрофон.

Мы слышим звуки благодаря барабанной перепонке и слуховым косточкам: акустические колебания заставляют вибрировать перепонку, та передаёт вибрации слуховым косточкам, а от них колебания приходят в жидкую среду внутреннего уха и слуховым рецепторам, которые в нём находятся. Структура перепонки известна: это круговые и радиальные нити соединительнотканного коллагена, наложенные друг на друга.

Вэй Янь (Wei Yan) и другие сотрудники Массачусетского технологического института решили сделать ткань, которая бы могла улавливать звуки, подобно барабанной перепонке в нашем ухе. Звукоуловителем стала нить из тварона — так называется материал из полиарамида (из полиарамидов мы чаще слышим про кевлар, известный своей прочностью). Из тварона можно сделать нить достаточно прочную и гибкую, чтобы она могла чувствовать акустические вибрации в воздухе. В нить впаивали частицы титаната бария, обладающие пьезоэлектрическими свойствами — они преобразовывали механическое напряжение в электрический заряд. Нить под действием вибраций растягивалась и сжималась, пьезочастицы генерировали заряд, а заряд уже отправлялся в специальное устройство, которое его анализировало.

Из акустической нити сделали образец ткани и вставили его в обычную рубашку. В статье в Nature говорится, что такая слышащая рубашка воспринимала достаточно широкий диапазон звуков, начиная от библиотечного шороха до шума автотрассы. Она также определяла направление звука — то есть, например, когда он шёл с расстояния в три метра, электрический сигнал от акустической накладки менялся, если источник звука смещался на один градус вокруг. Звук можно усилить, так что ткань превратится в настоящий микрофон.

Если же ткань-микрофон накладывали на внутреннюю сторону одежды, она различала первый и второй тоны сердца. С этой тканью можно поступать и наоборот, сделав из неё динамик: вибрации, которые она чувствует, будут превращаться в звук (только, конечно, звучать будет не сама ткань, а специальное устройство, расшифровывающее сигналы от неё).

Как можно понять, перспективы у такого материала самые широкие — например, слышащая ткань могла бы пригодиться в медицине, круглосуточно считывая шумы в лёгких или сердце. Но прежде чем начинать где-либо её использовать, всё равно нужно будет лишний раз убедиться, что она достаточно хорошо различает нужные звуки.