211service.com
'S Werelds kleinste radio
Onderzoekers hebben 's werelds kleinste radio gemaakt van een koolstofnanobuisje. De nanobuis, geplaatst tussen twee elektroden, combineert de rollen van alle belangrijke elektrische componenten in een radio, inclusief de tuner en versterker. Het kan afstemmen op een radiosignaal en de audio afspelen via een externe luidspreker.
Goede sfeer: Een enkele koolstofnanobuis kan afstemmen op een radiosignaal, het versterken en demoduleren om de audio gecodeerd op de dragerradiogolf te krijgen. De nanobuis begint te trillen (links) in harmonie met een radiosignaal als het signaal dezelfde frequentie heeft als de natuurlijke resonantiefrequentie van de nanobuis. De ontwikkelaars van de nanobuisradio zonden liedjes - waaronder Good Vibrations van de Beach Boys en Largo uit de opera Xerxes van Händel - in het laboratorium en waren in staat om erop af te stemmen en ernaar te luisteren met behulp van de nanobuisradio.
Hoewel de praktische toepassing van de radio onzeker is, zou deze kunnen worden gebruikt in biologische en omgevingssensoren. Onderzoekers ontwikkelen nu micro-elektromechanische (MEMS) sensoren om bloedsuikerspiegels of kankermarkers in het lichaam te meten. In plaats van dat onderzoekers een radiofrequentie-identificatielabel ter grootte van een postzegel gebruiken, kan een nanobuisradio worden verpakt met de op MEMS gebaseerde sensor en direct in de bloedbaan worden geïnjecteerd, zegt Alex Zettl , een experimenteel fysicus aan de University of California, Berkeley, die de ontwikkeling van de nanobuisradio leidt. Eenmaal in het lichaam kan de radio zorgen voor draadloze communicatie tussen de kleine biologische sensoren en een externe monitor. Om dat te doen, zou de nanobuisradio echter als zender moeten werken. Op dit moment is het alleen geconfigureerd als een ontvanger, maar Zettl zegt dat dezelfde fysica als een zender zou werken.
De nanobuisradio werkt anders dan een conventionele radio. Conventionele radio's hebben vier functionele hoofdonderdelen: antenne, tuner, versterker en demodulator. Radiogolven die op een radioantenne vallen, creëren elektrische stromen op verschillende frequenties. Wanneer iemand een radiostation selecteert, filtert de tuner alle frequenties op één na. Transistors versterken het signaal, terwijl een demodulator, meestal een gelijkrichter of een diode, de gegevens - de muziek of andere audio - scheidt die zijn gecodeerd op een elektromagnetische dragergolf.
Het team van Zettl gebruikte voor al deze functies één koolstofnanobuisje. Vanwege hun unieke elektrische eigenschappen zijn koolstofnanobuizen eerder gebruikt om elektronische componenten zoals diodes, transistors en gelijkrichters te maken. Het was een openbaring dat dit allemaal in dezelfde [nanobuis] kon worden ingebouwd, zegt Zettl.
Multimedia
Zie en hoor de nanobuisradio.
De nanobuis is gegroeid en steekt uit een wolfraamoppervlak, dat fungeert als een negatieve elektrode. De punt van de koolstofnanobuis is ook negatief geladen. Een vacuüm scheidt de nanobuis van een positieve koperelektrode. De onderzoekers gebruiken een externe batterij om een spanning tussen de twee elektroden aan te brengen. Elektronen springen uit de negatieve nanobuistip naar de positieve elektrode, waardoor een zogenaamde veldemissiestroom ontstaat.
Zettl legt uit dat de nanobuis niet werkt als een antenne in de conventionele zin. Dat wil zeggen, in plaats van elektromagnetische golven elektrisch op te vangen, pakt het ze mechanisch op. Dit gebeurt vanwege de natuurlijke resonantiefrequentie van de nanobuis. Zodra het radiogolven tegenkomt die overeenkomen met de frequentie, begint de nanobuis in de pas met de golven te trillen, waardoor hij alleen op dat radiosignaal afstemt. De trillingen van de nanobuis veranderen de veldemissiestroom en de mechanische trillingen worden omgezet in een elektrisch signaal. Een externe batterij voedt de veldemissiestroom en versterkt het radiosignaal. De veldemissie is van nature asymmetrisch - hierdoor kan de stroom slechts in één richting stromen, net als de diodes en gelijkrichters die in demodulatoren worden gebruikt. Dus de nanobuis werkt ook als een demodulator en detecteert de muziek die op de draaggolf is gecodeerd.
Om op een ander radiostation af te stemmen, veranderen de onderzoekers de resonantiefrequentie van de nanobuis. Ze doen dit door de spanning die over de elektroden wordt aangelegd te veranderen. Het is als het stemmen van een gitaarsnaar, zegt Zettl. Het elektrische veld trekt aan de nanobuis. Met hetzelfde nanobuisje kunnen de onderzoekers de hele FM-radioband bestrijken.
Cees Dekker , een nanobuis-onderzoeker aan de Technische Universiteit Delft, in Nederland, noemt de nieuwe radio een aantrekkelijke demonstratie dat zeer eenvoudige apparaten kunnen worden gebruikt voor alledaagse [tools]. Of het apparaat voor sensoren wordt gebruikt, valt nog te bezien, zegt hij, maar voor nu is de eenvoudige demonstratie een goed begin.