早在1917年，美国电话电报公司和西部电气公司的哈诺德·阿诺德（Harold Arnold）和I. B. 柯兰道（I. B. Crandall）就提出，可以通过在一张极薄的铂箔上同时接通直流电和交流电来产生声音。然而，这种方式产生的声音频率范围较窄，用来播放音乐则缺乏表现力。
2008年，一个中国团队从一种碳纳米管（CNTs）制成的薄片中提取到了热声。这些纯粹由碳元素组成的纳米管壁只有一原子厚，并且是优质的热导体。然而，这种材料能否在人们生活的房间内产生高保真的声音依然是未知数。
2013年，宾夕法尼亚大学巴纳德（Barnard）和同事们尝试在碳纳米管薄片周围，使用一种热容量低于空气的气体（比如惰性气体），以较低的能量输入产生大的温度变化，进而改变气压从而改善声音输出。为了将声音振动从惰性气体传递到空气中，需要使用一种柔性膜将惰性气体和空气分离。然而，将氙气与碳纳米管薄膜隔离带来了一系列技术难题。
到了2016年，这一技术获得了突破。密歇根大学开发出了一款纸张一样薄的便携设备，不仅可以通过人体运动产生能量，还能用作扬声器和麦克风。这项研究发表于《自然通讯》2017年5月16日刊上。
把机械能转为电，再转化成声音
这项技术突破将催生一系列产品的诞生，如可折叠的扬声器、更安全的计算机语音激活器等。也许在不久的将来，《哈利·波特》中“会说话的报纸”会成为现实。
电子和计算机工程学院副教授，联邦资助项目主要研究员奈尔森·塞普尔维达（Nelson Sepulveda）说：“技术始于突破。对于特殊音频技术而言，密歇根大学研发的这种新型纳米材料就是一个突破。”
“这是第一个同时具备超薄、灵活、延展性和双向性的传感器。这意味着它不仅可以将机械能转化为电能，也能将电能转化为机械能。”
去年12月份，塞普尔维达和他的团队成功开发出一种被称为“铁电玻璃纳米发生器”（FENG）的片状设备，可以用它来为键盘、LED灯和LCD触摸屏供电。人们只需通过手指滑动或轻轻按压来激活装置——就能将机械能转化成电能，为设备供电。
既是麦克风，又是扬声器
目前，技术人员又为这种高科技材料增加了几个新技能：收集从声音或机械运动的能量并转化为电能，并用作麦克风；还能以相反的方式将电能转化为机械能后，用作扬声器。
为了验证麦克风效果，研究人员将FENG改造为使用语音识别进行用户登录的安全补丁。实验表明，该补丁可以成功地保护个人计算机免受其他用户的攻击。塞普尔维达说： “这种设备对振动非常敏感，它能敏锐地捕获声波频率。”
为了验证扬声器的效果，研究人员将FENG材料嵌入到一面密歇根大学的Spartan旗子中。iPad播放的音乐通过放大器进入旗子中，然后再重新转录成声音。“旗子本身变成了扬声器”，塞普尔维达说，“在将来，我们可以用这种灵巧轻薄的便携设备，来替代笨重又功耗大的传统扬声器。”
会说话的报纸，更多发声设备
塞普尔维达说：“想象一下，在将来的某一天，人们可以从口袋里拿出来一个小巧的扬声器，只需把它按在墙上，就能让整间屋子的人听到他的演讲。”
“或者，假如有这样一种报纸”，他又说道，“这些纸张本身就是麦克风和扬声器，这将是一份会说话的报纸！”
李伟教授（MSU工程研究员，论文第一作者）说，FENG仍有许多其他潜在用途等待着人们去发掘，包括噪音消除板和带语音保护的健康监测腕带。
“许多人都着眼于便携电子设备的显示屏和触控方面的研究”，李伟说，“然而，我们的团队把注意力放在了便携设备在听读方面的研究上。”
对FENG的创新性研究始于硅晶片。研究人员将硅晶片制成多层或薄片，再和银、聚酰亚胺、聚丙烯一起制成环保材料。接着添加离子，使得设备每层都包含带电粒子。这样的设备可以通过人体运动产能，再将机械能转化成电能。
编译 张路安
