Haut-parleurs et micros sont souvent des instruments fragiles. Une équipe de l’université de Corée pourrait bien avoir résolu cette faiblesse grâce à un dispositif étirable constitué d’un polymère élastique et d’une bobine de métal liquide : le galinstan. Ce dispositif acoustique – capable de se comporter à la fois comme un haut-parleur et un micro – pourrait déboucher sur des applications portables et implantables telles que des prothèses auditives, des détecteurs de signaux biologiques ou encore des systèmes de notification d’informations sonores. Cette approche novatrice est détaillée dans un article paru dans la revue Nature.

Une bobine en galinstan

Une nouvelle facette de l’électronique se développe depuis quelques années : l’électronique élastique. L'objectif est non seulement d’améliorer la puissance de calcul des circuits, mais aussi de les rendre étirables et déformables. À la clé, des applications variées telles que des capteurs intégrés dans des peaux artificielles ou des smartphones souples ajustés au poignet. Concrètement, il faut pour cela encapsuler les circuits dans des structures polymères. Mais les métaux utilisés pour réaliser ces circuits demeurent un véritable frein : ils sont fragiles et s’usent rapidement. Les chercheurs tentent donc d'identifier de nouveaux composants permettant une flexibilité plus efficace des circuits, sans risque de rupture malgré des déformations répétées.
Les chercheurs coréens ont expérimenté un alliage nommé galinstan, métal liquide constitué de gallium à 68,5 %, d’indium à 21,5 % et d’étain à 10 %. Ses avantages : une excellente conductivité électrique facilitant l’interconnexion des circuits, un point de fusion bas – en d’autres termes, il est liquide au-dessus de -19 °C –, ainsi qu’une faible toxicité en comparaison avec le mercure aux propriétés proches.

Concrètement, les chercheurs ont remplacé, dans le dispositif acoustique extensible (SAD), la bobine de métal rigide conventionnelle par une bobine réalisée à partir de cet alliage liquide. Et ce, selon un procédé plutôt simple : le galinstan est injecté dans un microcanal en forme de spirale gravée dans le polymère élastique. Puis un aimant est scellé au centre du circuit. Grâce à l’interaction entre l’aimant et la bobine de galinstan, la membrane est à la fois capable de produire et de capter les sons.

Le bip sonore d'une horloge d'alarme est enregistré avec succès et joué à travers le dispositif audio tout en subissant une déformation répétée.
Résultat : les performances acoustiques du dispositif restent stables au cours du temps, évoluant dans une gamme de fréquences de 20 Hz à 20 kHz (correspondant aux capacités de l’oreille humaine). Soumis à des déformations mécaniques pouvant aller jusqu’à 50 %, les circuits gardent leurs capacités de transmissions des signaux. Optimistes face à ces résultats, les chercheurs coréens estiment que cet alliage liquide pourra être utilisé dans de nombreux dispositifs acoustiques du même type.