Vannak, akik születésüknél fogva halláskárosodást szenvednek, mások a kor, fertőzések vagy hosszú távú zajterhelés következtében szereznek halláskárosodást. Sok esetben a belső fülben lévő apró szőrsejtek károsodnak, amelyek lehetővé teszik az agy számára, hogy az elektromos impulzusokat hangként ismerje fel. A fejlett mesterséges csiga felé tett lépésként a kutatók egy olyan vezető membránról számolnak be, amely egy modellfülbe beültetve a hanghullámokat megfelelő elektromos jelekké alakítja át, külső energiaellátás nélkül.
Egyes emberek születésüknél fogva halláskárosodást szenvednek, mások a kor, fertőzések vagy hosszan tartó zajterhelés miatt szereznek halláskárosodást. Sok esetben a belső fülben lévő apró szőrsejtek károsodnak, amelyek lehetővé teszik az agy számára, hogy az elektromos impulzusokat hangként ismerje fel. A fejlett mesterséges csiga felé tett lépésként az ACS Nano kutatói egy olyan vezető membránról számolnak be, amely egy modellfülbe beültetve a hanghullámokat külső energiaellátás nélkül alakítja át megfelelő elektromos jelekké.
Amikor a belső fülben lévő szőrsejtek leállnak, nincs mód a károsodás visszafordítására. Jelenleg a kezelés a hallókészülékekre vagy a cochleáris implantátumokra korlátozódik. Ezek az eszközök azonban külső áramforrást igényelnek, és nehezen tudják megfelelően felerősíteni a beszédet, hogy a felhasználó megértse azt. Az egyik lehetséges megoldás az egészséges cochleáris szőrszálak szimulálása, amely a zajt az agy által felismerhető hangokként feldolgozott elektromos jelekké alakítja.
Ennek érdekében korábbi kutatók önjáró piezoelektromos anyagokkal próbálkoztak, amelyek a hanghullámokat kísérő nyomás hatására összenyomódva feltöltődnek, valamint triboelektromos anyagokkal, amelyek e hullámok hatására súrlódást és statikus elektromosságot termelnek. Az eszközöket azonban nem könnyű előállítani, és az emberi beszédben szerepet játszó frekvenciákon nem termelnek elegendő jelet. Ezért Yunming Wang és munkatársai olyan egyszerű módszert kerestek, amellyel egy olyan anyagot lehet előállítani, amely a kompressziót és a súrlódást is felhasználja egy olyan akusztikus érzékelő eszközhöz, amely a hangfrekvenciák széles tartományában nagy hatékonyságú és érzékeny.
A piezo-triboelektromos anyag létrehozásához a kutatók szilícium-dioxiddal bevont bárium-titanát nanorészecskéket kevertek egy vezető polimerbe, amelyet vékony, rugalmas filmmé szárítottak. Ezután lúgos oldattal eltávolították a szilikahéjakat. Ez a lépés egy szivacsszerű membránt hagyott maga után, amely a nanorészecskék körül tereket hagyott, így azok összenyomódnak, amikor hanghullámok érik őket. A kutatók tesztek során kimutatták, hogy a nanorészecskék és a polimer közötti érintkezés 55%-kal növelte a membrán elektromos teljesítményét az eredeti polimerhez képest.
Amikor a membránt két vékony fémrács közé szorították, az akusztikai érzékelő eszköz 170 hertz-es elektromos jelcsúcsot produkált, ami a legtöbb felnőtt hang frekvenciájának tartományában van. Végül a kutatók beültették az eszközt egy modellfülbe, és lejátszottak egy zenefájlt. Felvették az elektromos kimenetet, és egy új hangfájllá alakították át, amely határozott hasonlóságot mutatott az eredeti verzióval. A kutatók szerint önműködő készülékük érzékeny a legtöbb hang és hang hallásához szükséges széles akusztikai tartományra.
Ez nagy segítség lesz a siketek számára.
Források:
Jiaqi Zheng, Zhaohan Yu, Yunming Wang, Yue Fu, Dan Chen, Huamin Zhou. Acoustic Core–Shell Resonance Harvester for Application of Artificial Cochlea Based on the Piezo-Triboelectric Effect. ACS Nano, 2021; DOI: 10.1021/acsnano.1c04242
American Chemical Society. „Flexible device could treat hearing loss without batteries.” ScienceDaily. ScienceDaily, 27 October 2021.