211service.com
Nejmenší rádio na světě
Vědci vyrobili nejmenší rádio na světě z uhlíkové nanotrubice. Nanotrubice, umístěná mezi dvěma elektrodami, kombinuje role všech hlavních elektrických součástí v rádiu, včetně tuneru a zesilovače. Dokáže naladit rádiový signál a přehrávat zvuk přes externí reproduktor.
Dobré vibrace: Jedna uhlíková nanotrubice se může naladit na rádiový signál, zesílit jej a demodulovat, aby byl zvuk zakódován na nosné rádiové vlně. Nanotrubice začne vibrovat (vlevo) v souladu s rádiovým signálem, pokud je signál na stejné frekvenci jako přirozená rezonanční frekvence nanotrubice. Vývojáři rádia s nanotrubičkami přenášeli písně – včetně Good Vibrations od Beach Boys a Largo z opery Xerxes od Handela – v laboratoři a byli schopni je naladit a poslouchat pomocí rádia s nanotrubičkami.
Zatímco praktické použití rádia je nejisté, mohlo by být použito v biologických a environmentálních senzorech. Vědci nyní vyvíjejí mikroelektromechanické (MEMS) senzory pro měření hladiny cukru v krvi nebo markerů rakoviny v těle. Místo toho, aby výzkumníci používali radiofrekvenční identifikační štítek velikosti razítka, mohlo by být nanotrubičkové rádio zabaleno se senzorem založeným na MEMS a vstřikováno přímo do krevního řečiště, říká Alex Zettl , experimentální fyzik z Kalifornské univerzity v Berkeley, který vede vývoj nanotrubicového rádia. Jakmile bude rádio v těle, mohlo by zajistit bezdrátovou komunikaci mezi malými biologickými senzory a externím monitorem. K tomu by však nanotrubičkové rádio muselo fungovat jako vysílač. Právě teď je nakonfigurován pouze jako přijímač, ale Zettl říká, že stejná fyzika by fungovala jako vysílač.
Nanotrubicové rádio funguje jinak než konvenční rádio. Konvenční rádia mají čtyři hlavní funkční části: anténu, tuner, zesilovač a demodulátor. Rádiové vlny dopadající na rádiovou anténu vytvářejí elektrické proudy o různých frekvencích. Když někdo vybere rozhlasovou stanici, tuner odfiltruje všechny frekvence kromě jedné. Tranzistory zesilují signál, zatímco demodulátor, typicky usměrňovač nebo dioda, odděluje data – hudbu nebo jiný zvuk – která byla zakódována na nosné elektromagnetické vlně.
Pro všechny tyto funkce použil Zettlův tým jednu uhlíkovou nanotrubici. Kvůli svým jedinečným elektrickým vlastnostem byly uhlíkové nanotrubice dříve používány k výrobě elektronických součástek, jako jsou diody, tranzistory a usměrňovače. Bylo to odhalení, že to vše lze zabudovat do stejné [nanotrubice], říká Zettl.
Multimédia
Vidět a slyšet rádio s nanotrubičkami.
Nanotrubice se pěstuje vyčnívající z wolframového povrchu, který funguje jako záporná elektroda. Špička uhlíkové nanotrubice je také záporně nabitá. Vakuum odděluje nanotrubici od kladné měděné elektrody. Vědci používají externí baterii k přivedení napětí mezi obě elektrody. Elektrony přeskakují ze záporného hrotu nanotrubice na kladnou elektrodu a vytvářejí to, co se nazývá proud emise pole.
Zettl vysvětluje, že nanotrubice nepůsobí jako anténa v konvenčním smyslu. To znamená, že místo toho, aby elektromagnetické vlny zachytilo elektricky, zachytí je mechanicky. To se děje kvůli přirozené rezonanční frekvenci nanotrubice. Jakmile se setká s rádiovými vlnami, které odpovídají frekvenci, nanotrubice začne vibrovat v kroku s vlnami a účinně se naladí pouze na tento rádiový signál. Vibrace nanotrubice mění emisní proud pole a mechanické vibrace se přeměňují na elektrický signál. Externí baterie napájí proud vyzařující pole a zesiluje rádiový signál. Emise pole je přirozeně asymetrická – umožňuje proudění pouze jedním směrem, stejně jako diody a usměrňovače používané v demodulátorech. Nanotrubice tedy funguje také jako demodulátor a detekuje hudbu zakódovanou na nosné vlně.
Aby vědci naladili jinou rozhlasovou stanici, změnili rezonanční frekvenci nanotrubice. Dělají to změnou napětí aplikovaného na elektrody. Je to jako ladění kytarové struny, říká Zettl. Elektrické pole táhne nanotrubici. Se stejnou nanotrubicí mohou vědci pokrýt celé pásmo FM rádia.
Cees Dekker , výzkumník nanotrubiček na Delft University of Technology v Nizozemsku, nazývá nové rádio přitažlivou ukázkou toho, že velmi jednoduchá zařízení lze používat pro každodenní [nástroje]. Zda se zařízení používá pro senzory, se teprve uvidí, říká, ale prozatím je jednoduchá demonstrace dobrým začátkem.