Nachricht

Jul 13, 2023

Eine vielseitige akustisch aktive Oberfläche basierend auf piezoelektrischen Mikrostrukturen

Microsystems & Nanoengineering Band 8, Artikelnummer: 55 (2022) Diesen Artikel zitieren 3094 Zugriffe 3 Zitate Metrikdetails Wir demonstrieren eine vielseitige akustisch aktive Oberfläche bestehend aus einem

Microsystems & Nanoengineering Band 8, Artikelnummer: 55 (2022) Diesen Artikel zitieren

3094 Zugriffe

3 Zitate

Details zu den Metriken

Wir demonstrieren eine vielseitige akustisch aktive Oberfläche, die aus einem Ensemble piezoelektrischer Mikrostrukturen besteht, die akustische Wellen abstrahlen und erfassen können. Ein freistehendes Mikrostrukturarray, das in einem einzigen Schritt auf eine flexible piezoelektrische Folie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) geprägt wird, führt zu einer hochwertigen akustischen Leistung, die durch das Design der geprägten Mikrostrukturen abgestimmt werden kann. Die hohe Empfindlichkeit und große Bandbreite für die Schallerzeugung, die diese akustisch aktive Oberfläche aufweist, übertrifft zuvor veröffentlichte Dünnschichtlautsprecher mit PVDF, PVDF-Copolymeren oder mit Hohlräumen geladenen Polymeren ohne Mikrostrukturen. Wir untersuchen weiter die Richtwirkung dieses Geräts und seine Verwendung auf einer gekrümmten Oberfläche. Darüber hinaus demonstriert die Oberfläche eine Klangwahrnehmung mit hoher Wiedergabetreue, was ihre mikrofonische Anwendung zur Sprachaufzeichnung und Sprechererkennung ermöglicht. Die Vielseitigkeit, die hochwertige akustische Leistung, der minimale Formfaktor und die Skalierbarkeit der zukünftigen Produktion dieser akustisch aktiven Oberfläche können zu einer breiten industriellen und kommerziellen Akzeptanz dieser Technologie führen.

Die schnell wachsende Nachfrage nach akustischen Wandlern wird durch verschiedene industrielle und kommerzielle Bedürfnisse motiviert, wie z. B. aktive Lärmbekämpfung1,2, Mensch-Maschine-Schnittstelle3,4, Robotik5, Ultraschallbildgebung6, automatisiertes Fahren7, taktile Sensorik8 und kontaktlose Materiemanipulation9,10. 11, wo Schall als Medium für Wahrnehmung, Betätigung und Kommunikation dienen kann. Diese technischen Anforderungen wecken das Interesse an der Entwicklung kostengünstiger und leistungsstarker akustischer Wandlertechnologien, die für Großanwendungen geeignet sind12,13,14,15,16,17,18,19,20. Unter ihnen werden piezoelektrische Wandler aufgrund ihrer Vielseitigkeit, einfachen Struktur, ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer einfachen Skalierbarkeit sowohl für kompakte als auch großflächige Anwendungen immer attraktiver16,17,18.

Um dem Bedarf an großflächigen Formfaktoren gerecht zu werden, wurden verschiedene flexible Dünnschichtlautsprecher auf Basis von Polyvinylidenfluorid (PVDF)1,17, Poly(vinylidenfluorid-co-trifluorethylen) [P(VDF-TrFE)] entwickelt. 18,19,20,21, piezoelektrische Nanopartikel22, mit Hohlräumen geladene Polymere23,24 und elektroaktive Polymere25. Die meisten Designs basieren jedoch auf der Biegung freistehender und/oder gebogener piezoelektrischer Schichten. Wenn sie auf die Oberfläche starrer Objekte geklebt werden, wird die Biegung der Schichten stark eingeschränkt, was zu einer Verschlechterung der akustischen Leistung führen kann. Dies untergräbt die Vorteile dieser ultradünnen, leichten und kostengünstigen Lautsprecher und schränkt ihre Anwendungsaussichten ein. Darüber hinaus bleiben die Mikrofonreaktionen dieser Geräte als Schallempfänger und nicht als Schallgeneratoren oft unerforscht.

In der vorliegenden Arbeit entwickeln wir einen großflächigen akustischen Dünnschichtwandler, der auf einem Ensemble freistehender piezoelektrischer Mikrostrukturen basiert, die in der Lage sind, Schall zu erfassen und zu erzeugen. Diese aktiven akustischen Oberflächen sind dünn und flexibel und können optisch transparent sein, sodass sie unauffällig an verschiedenen Objekten angebracht und so als Lautsprecher, Mikrofone und/oder Ultraschalltransceiver eingesetzt werden können. Die freistehenden hervorstehenden Mikrostrukturen können frei schwingen und gewährleisten so eine hohe Empfindlichkeit für die Schallerzeugung und -wahrnehmung der akustischen Oberfläche, selbst wenn diese mit einem starren Objekt verbunden ist. Die breiten Anwendungsszenarien stellen einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik mit ähnlichen Akustikfolien ohne solche Mikrostrukturen dar. Beispielhafte Anwendungen akustisch aktiver Oberflächen, die unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht werden, sind in Abb. 1a dargestellt. Unsere Arbeit zeigt, dass die Verwendung dicht verteilter aktiver Mikrostrukturen über große akustische Oberflächen zu einer hochwertigen Leistung und Vielseitigkeit akustischer Oberflächen führt und so eine neuartige akustische Schnittstelle für den Einsatz in Anwendungen der künstlichen Intelligenz, der virtuellen und erweiterten Realität, der Robotik und dem Smart Home ermöglicht Technologien und biomedizinische Technik.

a Anwendungsperspektiven von Akustikoberflächen. b Schematische Darstellung des Querschnitts einer akustischen Oberfläche und eines vergrößerten Bildes einer aktiven Mikrostruktur innerhalb des Arrays.

Die akustische Oberfläche (Abb. 1b) besteht aus einer aktiven piezoelektrischen Schicht mit einer Mikrostrukturanordnung, die zwischen zwei perforierten Polyesterfolien (PET) eingebettet ist. Die perforierte Oberfolie, die dicker ist als die Höhe der akustisch aktiven Mikrostrukturen, schützt die Mikrostrukturen vor dem Zusammenfallen unter mechanischem Abrieb und/oder Stößen durch alltägliche menschliche Handhabung, ohne ihre Schwingungen zu beeinträchtigen. Die untere PET-Schicht hebt die Mikrostrukturen an, um freie Vibration zu gewährleisten, und bietet für jede einen hinteren Hohlraum sowie Isolierung von angrenzenden Strukturen. Die aktiven Mikrostrukturen erzeugen oder erfassen akustische Wellen basierend auf der piezoelektrischen d31-Antwort. Der piezoelektrische Film ist entlang der Filmdickenrichtung gepolt. Wenn eine Wechselspannung an die piezoelektrische Schicht angelegt wird, induziert das elektrische Feld entlang der Filmdickenrichtung eine Spannung in der Ebene und bewirkt, dass sich die piezoelektrischen Mikrostrukturen mit geklemmten Kanten periodisch ausdehnen und zusammenziehen. Durch die Mikrostrukturvibration wird dabei die Umgebungsluft verdrängt und so Schall erzeugt. Umgekehrt verursacht auf die akustische Oberfläche einfallender Schall eine Verformung der piezoelektrischen Mikrostrukturen und führt zu einer Ladungsansammlung auf den Elektroden, wodurch der einfallende akustische Druck umgewandelt wird. Dabei werden alle Mikrostrukturen durch durchgehende Elektrodenschichten parallel geschaltet, um eine erhöhte Empfindlichkeit für die Schallerzeugung und -wahrnehmung zu erreichen. Durch die Segmentierung der Elektroden können die Mikrostrukturen auch einzeln oder in Gruppen angesprochen und gesteuert werden.

Für die piezoelektrische Schicht wurde PVDF ausgewählt, da es flexibel und transparent ist und kostengünstig in großem Maßstab hergestellt werden kann. Die Mikrostrukturen in dieser Arbeit haben das Profil sphärischer Membranen, und die Anordnung dieser mikroskaligen Kuppeln auf der PVDF-Schicht wird durch einen vakuuminduzierten selbstausrichtenden Mikroprägeprozess hergestellt (Abb. 2a); Einzelheiten zur Herstellung finden Sie im Abschnitt „Methoden“. Zunächst wird eine perforierte PET-Schicht durch Laserrasterung hergestellt, ergänzt durch eine perforierte Lochmaske. Als Schattenmaske wird hier ein perforierter Siliziumwafer ausgewählt, um die Größe und Form der Durchkontaktierungen im Siliziumwafer durch Mikrofertigung einfacher anpassen zu können, ist jedoch möglicherweise nicht optimal für die Fertigung mit hohem Durchsatz. Die perforierte PET-Schicht wird dann auf eine flache PVDF-Folie laminiert, die auf beiden Seiten Elektroden aufweist. Anschließend wird das Laminat auf eine poröse Vakuumstufe geklebt, und der Druckunterschied über die PVDF-Schicht verformt die Bereiche, die mit den Durchgangslöchern in der PET-Folie ausgerichtet sind, in Mikrokuppeln, die die gleiche Größe wie die Durchgangslöcher haben. Bei dieser Methode fungiert die perforierte PET-Schicht (50 μm dick) auf PVDF (12 μm dick) als Form, um eine selbstausrichtende Prägung zu erreichen. Schließlich wird eine weitere perforierte PET-Schicht auf die Unterseite von PVDF laminiert und die Durchgangslöcher (in der gleichen Größe wie die Kuppeln) werden manuell mit dem Mikrokuppel-Array auf PVDF ausgerichtet. Durch diese einfache selbstausrichtende Prägung berühren die Kalotten bei ihren Vibrationen nicht die oberste PET-Schicht. Eine Fehlausrichtung zwischen den Durchkontaktierungen in der unteren PET-Schicht und den Kuppeln beeinflusst die Vibration dieser hervorstehenden Mikrostrukturen ebenfalls vernachlässigbar (Abb. 1b). Eine solche Fehlausrichtung wird in einer industriellen Fertigungsumgebung minimiert, da identische perforierte obere und untere PET-Schichten hergestellt werden können (z. B. durch Formen oder Gießen) und mit automatisierten Systemen einfach ausgerichtet werden können. Der vorgeschlagene Mikroprägeprozess ist mit den meisten Polymerverarbeitungstechniken26 kompatibel und kann in die Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung integriert werden, um Mikrostrukturarrays auf PVDF-Folien im Hochdurchsatz zu erzeugen. Hier konzentrieren wir uns auf 10 cm × 10 cm große Proben (was eine aktive Fläche von 9 cm × 9 cm ergibt), die nur durch die in unserem Forschungsumfeld verfügbaren Toolsets begrenzt sind. Ein Beispiel einer flexiblen und transparenten Akustikoberfläche ist in Abb. 2b dargestellt. Eine solche Oberfläche kann auf einem beliebigen Objekt angebracht werden, ohne dessen zugrunde liegendes Erscheinungsbild zu verändern. Beispielsweise kann die Akustikoberfläche auf die Außenseite eines Glasbechers geklebt werden, wodurch diese um die Funktionalität eines Lautsprechers erweitert wird (Ergänzungsvideo S1).

ein Prozessablauf bei der Geräteherstellung, der selbstausrichtendes, vakuuminduziertes Prägen umfasst, um ein piezoelektrisches Mikrokuppel-Array zu erzeugen. b Eine repräsentative flexible und transparente Akustikoberfläche. In diesem Beispiel werden transparente Indium-Zinn-Oxid-Elektroden auf der piezoelektrischen Schicht abgeschieden, wodurch eine transparente, elektrisch aktive akustische Oberfläche entsteht.

Die Existenz freistehender piezoelektrischer Mikrodome ermöglicht die Erzeugung und Wahrnehmung von Schall, selbst wenn die akustische Oberfläche mit einem starren Objekt verbunden ist. Abbildung 3a und b zeigen eine Finite-Elemente-Analyse der elektrischen Potentialverteilung unter gleichmäßiger Belastung (Mikrofonanwendung) bzw. der Verschiebungsverteilung unter Anregung eines elektrischen Feldes (Lautsprecheranwendung) über einer Mikrokuppel mit geklemmten Peripherien. Das Profil und die Abmessungen einer Mikrokuppel spielen eine wesentliche Rolle bei ihrer Durchbiegung bei konstanter Anregung, und die Durchbiegung bestimmt darüber hinaus die gesamte statische und dynamische Leistung der akustischen Oberfläche. Dadurch ermöglicht die Gestaltung dieser Grundfunktionseinheiten eine charakteristische Abstimmung der akustischen Oberfläche in einem weiten Bereich. Abbildung 3c–e beschreiben die Abhängigkeit der Ablenkung in der Kuppelmitte und ihrer Resonanzfrequenz vom Kuppelradius, der Filmdicke bzw. der Höhe der zentralen Kuppel. Das Design dieser Kuppelabmessungen ermöglicht eine maßgeschneiderte Empfindlichkeit und Bandbreite für die Klangerzeugung. Die Simulation zeigt, dass eine größere Kuppel mit geringerer Dicke im Allgemeinen eine stärkere Durchbiegung und damit eine höhere Empfindlichkeit aufweist. Eine gewisse Vorbiegung einer kreisförmigen dünnen Platte ist günstig für ihre Durchbiegung bei gleicher Erregung. Dadurch ergibt sich eine optimale Kuppelhöhe im Verhältnis zur Biegesteifigkeit. Da die Biegesteifigkeit von der Foliendicke, nicht aber vom Kuppelradius abhängt, sollte die optimale Kuppelhöhe nur von der Foliendicke abhängen. Abbildung 3e zeigt, dass die optimalen zentralen Kuppelhöhen H für Radien R = 350 μm und R = 800 μm beide ungefähr H = 12 μm betragen, wenn die Filmdicke h = 12 μm beträgt. Zusätzliche Simulationsergebnisse (Abb. S1a und S2a) bestätigen, dass eine solche optimale Höhe tatsächlich nur von der Filmdicke abhängt. Die Variation der maximalen Auslenkung während der Skalierung des Kuppelradius und der Filmdicke basierend auf den optimalen zentralen Höhen ist in Abb. S1b und S2b zu finden. Die Resonanzfrequenz eines kuppelförmigen Wandlers steigt monoton mit abnehmendem Kuppelradius und zunehmender zentraler Höhe und Filmdicke. Solche numerischen Erkenntnisse können den Entwurf piezoelektrischer Mikrostrukturen für die gewünschte Bandbreite oder verbesserte Leistung bei einer bestimmten Frequenz leiten.

a Verteilung des elektrischen Potenzials, induziert durch eine gleichmäßige Last (1 Pa), die auf eine PVDF-Mikrokuppel ausgeübt wird. b Verschiebungsverteilung über einem PVDF-Mikrodom unter einer 10-V-Spannungsanregung. Das elektrische Potenzial in a und die Verschiebung in b werden in jeder Abbildung durch die Farbe dargestellt. Die simulierte Kuppel in a und b hat einen Radius von 350 μm, eine zentrale Höhe von 15 μm und eine Filmdicke von 12 μm. c–e Abhängigkeit der Kuppelauslenkung (durchgezogene Kurven) und der Resonanzfrequenz (gestrichelte Kurven) vom Kuppelradius R (c), der Filmdicke h (d) und der zentralen Kuppelhöhe H (e). Die Auslenkungen entsprechen 10 V an den Elektroden. Bei der Simulation in c wird entweder ein konstantes Seitenverhältnis (H/R = 5 %) oder eine konstante zentrale Höhe (H = 15 μm) beibehalten, während die Kuppelgröße vergrößert wird. Die Simulation in d legt eine konstante zentrale Höhe von 15 μm fest, während die Simulation in e eine konstante Filmdicke von 12 μm festlegt. Das in der Simulation verwendete PVDF ist uniaxial mit d31 = 22 pC/N.

Die Schallerzeugung der akustischen Oberfläche wird in einer reflexionsarmen Kammeranordnung gemessen (Abb. S3a). Der Frequenzgang der als Lautsprecher fungierenden Akustikfläche wird anhand des Schalldruckpegels (SPL) bewertet, der 30 cm vom Gerät entfernt unter einer sinusförmigen Antriebsspannung mit einer Amplitude von 10 V und einer variierenden Frequenz gemessen wird. Die Ergebnisse von zwei akustischen Oberflächenproben basierend auf Mikrodomen unterschiedlicher Größe werden in Abb. 4a verglichen. Obwohl die Proben während der Messung auf einer starren flachen Schallwand befestigt sind, ermöglicht das freistehende Mikrodome-Array eine hochwertige akustische Leistung sowohl im hörbaren als auch im Ultraschallfrequenzbereich. Konkret werden 61 dB SPL, 79 dB SPL und 106 dB SPL bei Ansteuerfrequenzen von f = 1 kHz, 10 kHz bzw. 100 kHz und einem Abstand von 30 cm durch die Probe mit angetriebenen Mikrokuppeln mit 800 μm Radius erzeugt eine sinusförmige Spannung mit 10 V Amplitude. Die entsprechende Empfindlichkeit für die Schallerzeugung übertrifft die von großflächigen Dünnschichtlautsprechern, die auf piezoelektrischen Keramik-Nanopartikeln22 und zellulären Elektreten23,24 basieren, die typischerweise viel stärkere piezoelektrische Reaktionen als PVDF haben. Darüber hinaus ermöglicht die Schallerzeugung, die auf der Betätigung der Mikrostrukturen anstelle der gesamten Folie basiert, eine große Bandbreite und eine hohe Empfindlichkeit auch im Ultraschallbereich, die denen freistehender gebogener PVDF- und P(VDF-TrFE)-Lautsprecher überlegen ist17,19, 20. Einen detaillierteren Vergleich der akustischen Leistung zwischen dem vorgeschlagenen Gerät und repräsentativen großflächigen Dünnschichtlautsprechern finden Sie in Tabelle 1. Unsere akustische Oberfläche weist hinsichtlich der normalisierten Empfindlichkeit und Bandbreite die höchste Leistung für die Schallerzeugung auf. Darüber hinaus weisen die beiden Proben mit unterschiedlichen Kuppelradien in Abb. 4a unterschiedliche Resonanzspitzen auf. Durch den vergrößerten Kuppelradius nimmt die Resonanzfrequenz ab, was mit dem in Abb. 3c simulierten Trend übereinstimmt. Die Schallerzeugung als Reaktion auf eine variierende Spannung wird weiter bewertet. Beispielcharakteristiken bei f = 10 kHz sind in Abb. 4b dargestellt, die eine gute Linearität der Schallerzeugung der akustischen Oberfläche zeigt. Eine Vergrößerung der Kuppelgröße führt zu einer größeren Auslenkung (Abb. 3c) und damit zu einer höheren Empfindlichkeit für die Schallerzeugung, wie in Abb. 4b dargestellt. Unterschiede in der Resonanzfrequenz und der Empfindlichkeit der beiden Proben bestätigen gemeinsam die abstimmbaren Eigenschaften der akustischen Oberfläche, die durch die Gestaltung der Kuppelabmessungen erreicht werden.

a Frequenzgänge repräsentativer akustischer Oberflächen. In der Abbildung werden zwei 10 cm × 10 cm große Proben (aktive Fläche: 9 cm × 9 cm) mit der gleichen Filmdicke von 12 μm, aber unterschiedlichen Kuppelradien verglichen. Der Schalldruckpegel wird in einem Abstand von 30 cm und einer konstanten Amplitude von 10 V der angelegten sinusförmigen Antriebsspannung gemessen. Die Abstände des Mikrodome-Arrays für die Probe mit 350 μm Radius (R = 350 μm) und die Probe mit 800 μm Radius (R = 800 μm) betragen 1 bzw. 2 mm. b Schalldruckpegel, die von den Proben als Reaktion auf variierende Antriebsspannungen (RMS) bei f = 10 kHz erzeugt werden. c Frequenzgänge einer akustischen Oberfläche, die auf einer starren flachen Schallwand oder gekrümmten Zylindern mit unterschiedlichen Radien ρ befestigt ist, unter den gleichen Testbedingungen wie (a). Der Kuppelradius beträgt R = 800 μm und die Steigung beträgt 2 mm. d Schalldruckpegel, der von der auf verschiedenen Oberflächen befestigten Probe als Reaktion auf variierende Antriebsspannung (RMS) bei f = 10 kHz erzeugt wird. e Schematische Darstellung der Messung der Richtcharakteristiken einer akustischen Oberfläche, die auf einer starren flachen Schallwand montiert ist, und einer akustischen Oberfläche, die auf einem starren Zylinder montiert ist. f, g Richtcharakteristiken einer repräsentativen akustischen Oberfläche (aktive Fläche: 9 cm × 9 cm) auf einer starren Schallwand (durchgezogene Kurven) und einer repräsentativen akustischen Oberfläche (aktive Fläche: 9 cm × 9 cm) auf einem Glaszylinder mit dem Radius ρ = 5 cm (gestrichelte Kurven) bei f = 2 kHz (f) bzw. f = 20 kHz (g), ausgedrückt als normalisierter Schalldruckpegel. Der Schalldruckpegel in verschiedenen Winkeln zur akustischen Oberfläche wird unter Einhaltung eines konstanten Abstands von 30 cm gemessen und auf Basis des Maximalwerts im Raum normiert. Die gestrichelten Kurven stellen die theoretischen Richtwirkungen einer flachen akustischen Oberfläche bei 2 und 20 kHz dar, vorhergesagt auf der Grundlage des Rayleigh-Integrals.

Um die Leistungsfähigkeit unseres Geräts bei gekrümmten Objekten zu demonstrieren, wird die akustische Oberfläche mit Kuppeln mit einem Radius von 800 μm von der flachen Schallwand abgezogen und dann nacheinander auf Glaszylinder mit unterschiedlichen Radien (ρ = 3 oder 5 cm) geklebt Akustische Messungen wie in Abb. 4a, b. In Abb. 4c, d ist keine offensichtliche Verschlechterung des Frequenzgangs oder der Linearität des Geräts zu beobachten. Dies bestätigt, dass unsere Akustikoberfläche bei der Montage auf gekrümmten Objekten eine hochwertige Klangerzeugung erzielen kann.

Die Schallerzeugungsrichtwirkung des Geräts wird durch die Messung des Schalldruckpegels in einem festen Abstand (30 cm) und die Variation des Winkels weg von der Gerätenormalen charakterisiert (Abb. 4e). Die Richtwirkungen bei f = 2 kHz und f = 20 kHz sind in Abb. 4f bzw. g dargestellt. Die Strahlungsmuster der akustischen Oberfläche, die auf einer starren flachen Schallwand montiert ist (durchgezogene Kurven), stimmen gut mit den theoretischen Mustern (gestrichelte Kurven) überein, die auf der Grundlage des Rayleigh-Integrals vorhergesagt wurden (siehe Einzelheiten in den Zusatzinformationen). Das Ergebnis bei f = 2 kHz (Abb. 4f) zeigt eine gleichmäßige Schallabstrahlung im Raum, da die Größe der akustischen Oberfläche kleiner ist als die akustische Wellenlänge. Da die akustische Wellenlänge bei höherer Frequenz abnimmt, führt die Interferenz der von den piezoelektrischen Mikrodomen an verschiedenen Stellen abgestrahlten akustischen Wellen zu einer erhöhten Richtungsabhängigkeit (Abb. 4g) der flachen akustischen Oberfläche. Darüber hinaus kann ein akustischer Strahl im hörbaren Frequenzbereich geformt und gelenkt werden, wenn die Größe der akustischen Oberfläche vergrößert wird und die Mikrodome einzeln oder in Blöcken als Phased Array angesteuert werden. Die Richtwirkungen einer akustischen Oberfläche, die auf einem Glaszylinder mit einem Radius von 5 cm bei 2 und 20 kHz befestigt ist, werden ebenfalls gemessen und als strichpunktierte Kurven in Abb. 4f bzw. g dargestellt. Ähnlich wie bei der ebenen Akustikfläche ist auch die Schallabstrahlung des auf einer gewölbten Fläche verklebten Gerätes mit 2 kHz gleichmäßig. Bei 20 kHz wird die Schallabstrahlung im Raum gleichmäßiger als bei der akustischen Oberfläche, die auf einer flachen Schallwand befestigt ist, da nicht alle piezoelektrischen Kuppeln in die gleiche Richtung zeigen. Die Interferenz der Schallabstrahlung von zwei identischen akustischen Oberflächen, die auf einer starren flachen Schallwand montiert sind, wurde ebenfalls untersucht und ist in Abb. S8 dargestellt. Verbesserungen von 13 dB SPL und 8 dB SPL bei 2 bzw. 20 kHz werden durch den phasengleichen Betrieb der beiden Geräte im Vergleich zum phasenverschobenen Betrieb erzielt.

Auf die Mikrodome einfallender Schall führt zu einer Ladungsansammlung an den Elektroden, die verstärkt und mit dem Schalldruck korreliert werden kann. Dies ermöglicht auch eine mikrofonische Beaufschlagung der akustischen Oberfläche. Hier verwenden wir einen Transimpedanzverstärker (Abb. S4) mit einer Verstärkung von 108 V/A und messen die Mikrofonreaktion der akustischen Oberfläche in einem reflexionsarmen Kammeraufbau (Abb. S3b). Die Empfindlichkeit für die Schallwahrnehmung wird anhand des Verhältnisses zwischen dem verstärkten Signal der Probe und dem tatsächlichen Schalldruck bewertet, der von einem kalibrierten Mikrofon neben der Probe gemessen wird.

Der Frequenzgang eines repräsentativen Geräts ist in Abb. 5a dargestellt. Die Schwankung der Empfindlichkeit unterhalb von f = 2 kHz ist relativ gering, während drei Resonanzspitzen zwischen f = 3 kHz und f = 15 kHz beobachtet werden, deutlich unterhalb der Resonanzfrequenz der Kuppeln mit R = 350 μm (die laut Simulation bei f liegt). = 91,7 kHz). Diese Spitzen werden wahrscheinlich durch eine Resonanz des Biegemodus der gesamten Folie verursacht, die durch eine Verbesserung der Grenzflächenbindung zwischen der piezoelektrischen Schicht und den passiven PET-Schichten abgeschwächt werden könnte. Die gesamte harmonische Verzerrung (THD) der akustischen Oberfläche zur Schallerkennung wird durch die schnelle Fourier-Transformation (FFT) des verstärkten Ausgangssignals bewertet, dargestellt durch die rote durchgezogene Kurve in Abb. 5a. Der THD des Referenzmikrofons wird auf die gleiche Weise ermittelt, was die Verzerrung des einfallenden Schalls selbst widerspiegelt. Der THD der akustischen Oberfläche variiert unterhalb von f = 1 kHz zwischen 5 % und 15 %, während der THD des Referenzmikrofons etwa 5 % beträgt. Die Wiedergabetreue der akustischen Oberfläche verbessert sich mit zunehmender Frequenz allmählich. Oberhalb von f = 2 kHz ist der THD aufgrund eines besseren Signal-Rausch-Verhältnisses der akustischen Oberfläche sogar kleiner als beim Referenzmikrofon.

a Empfindlichkeit und THD der akustischen Oberfläche. Der dem Referenzmikrofon entsprechende THD ist in der Abbildung zum Vergleich als gestrichelte Kurve dargestellt. Es wird eine 10 cm × 10 cm große Probe mit Mikrokuppeln mit einem Radius R = 350 μm und einer Dicke h = 12 μm verwendet. b Spannungsabgabe der akustischen Oberfläche als Funktion des einfallenden akustischen Drucks. Das Ausgangssignal der akustischen Oberfläche wird durch einen Transimpedanzverstärker mit einer Verstärkung von 108 V/A verstärkt. c Vergleich zwischen den Wellenformen einer Reihe von Sprachbefehlen, die von der akustischen Oberfläche aufgezeichnet wurden, und denen, die vom Referenzmikrofon aufgezeichnet wurden. d Spektrogramm der Wellenform des Sprachbefehls „RECHTS“, aufgezeichnet von der akustischen Oberfläche. e Spektrogramm der Wellenform des Sprachbefehls „RECHTS“, aufgezeichnet vom Referenzmikrofon. f Spektrogramm der von der akustischen Oberfläche aufgezeichneten Wellenform, normalisiert durch die vom Referenzmikrofon aufgezeichnete. Die Sprachwellenformen werden mit einer Abtastrate von 200 kS/s aufgezeichnet. Die Spektrogramme werden mit einem Fenster von 5000 Proben und einer Überlappung von 4000 Proben zwischen angrenzenden Abschnitten aufgezeichnet. Spektrogramme eines anderen Beispiels sind in Abb. S5 zu finden.

Die Ausgänge der akustischen Oberfläche als Reaktion auf variierenden einfallenden Schalldruck bei f = 100 Hz, f = 1 kHz und f = 10 kHz sind in Abb. 5b dargestellt. Diese Mikrofonreaktionen weisen zwischen 10 mPa und 3 Pa eine gute Linearität auf. Die untere Grenze wird durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt, und die obere Grenze entspricht der höchsten Lautstärke, die vom im Experiment verwendeten Lautsprecher erzeugt wird. Diese Leistung zeigt an, dass die akustische Oberfläche in der Lage ist, menschliche Sprache zu erfassen und aufzuzeichnen (typischerweise 20 mPa oder entsprechend 60 dB SPL).

Um die Mikrofonfähigkeit zu demonstrieren, werden drei Personen gebeten, vor dem Testgerät bestimmte Wörter und kurze Sätze vorzulesen. Wellenformen des Ausgangssignals werden von einem Oszilloskop erfasst, um die Sprache aufzuzeichnen und in verschiedenen Dateien zu speichern; Eine detaillierte Beschreibung dieses Experiments finden Sie in den Zusatzinformationen. Ein kalibriertes Mikrofon, das neben der akustischen Oberfläche positioniert ist, zeichnet außerdem die Sprache auf, um eine Referenz zu liefern. Die Wellenformen, die einer Reihe von Sprachbefehlen entsprechen und von der akustischen Oberfläche und dem Referenzmikrofon aufgezeichnet wurden, werden in Abb. 5c verglichen. Die Spektrogramme der aufgezeichneten Wellenformen eines Beispiel-Sprachbefehls finden Sie in Abb. 5d, z. Ähnliche Muster werden in beiden Wellenformen und in beiden Spektrogrammen beobachtet, während die akustische Oberfläche ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweist als das Referenzmikrofon. Das Spektrogramm der normalisierten Wellenform, dh des aufgezeichneten Signals unter Verwendung der akustischen Oberfläche, normalisiert durch das, das der Aufzeichnung vom Referenzmikrofon entspricht, ist ebenfalls in Abb. 5f dargestellt. Für die meisten Frequenzkomponenten in der Farbkarte wird ein einheitliches Leistungsspektrum beobachtet, mit Ausnahme eines kleinen hellgelben Bereichs nahe 3,5 kHz, der mit der Resonanzspitze des Frequenzgangs in Abb. 5a zusammenfällt. Dies bestätigt die gute Wiedergabetreue der akustischen Oberfläche, die als Mikrofon fungiert. Die von der akustischen Oberfläche aufgezeichneten Sprachdateien können basierend auf einem einfachen k-Nearest Neighbors (kNN)-Klassifikator weiter zur Sprechererkennung genutzt werden. Solche Ergebnisse sind in Abb. S7 dargestellt und zeigen die Aussichten der akustischen Oberfläche als neuartige Wandlerplattform für die Sprechererkennung und Mensch-Maschine-Schnittstellen.

Basierend auf einer Reihe piezoelektrischer Mikrostrukturen, die als Grundeinheiten für die Schallerzeugung und -wahrnehmung dienen, wird eine vielseitige akustisch aktive Oberfläche entwickelt. Die freistehenden aktiven Mikrostrukturen können frei schwingen und ermöglichen so hohe Empfindlichkeiten der akustischen Oberfläche, die als Lautsprecher und/oder Mikrofon an verschiedenen Objekten wirkt. Eine solche Anwendung wäre eine Herausforderung für den Stand der Technik, der auf dem Biegen eines großflächigen Akustikfilms beruht und daher ein freistehendes Design für den gesamten Film erfordert. Das Profil und die Abmessungen dieser aktiven Strukturen bieten außerdem mehrere Gestaltungsfreiheitsgrade, um die Empfindlichkeit und Bandbreite der akustischen Oberfläche über weite Bereiche abzustimmen oder eine verbesserte Leistung bei gewünschten Frequenzen zu erzielen. Durch die Akustikoberfläche mit aktiven Mikrostrukturen werden hochwertige Klangerzeugungseigenschaften erreicht. Aufgrund seines dünnen und leichten Formfaktors zeigen wir, dass die akustische Oberfläche auf einem gekrümmten Objekt montiert werden kann und es dadurch akustisch aktiv macht. Dies ermöglicht die allgegenwärtige und nicht aufdringliche Installation solcher akustischen Hintergrundbilder, um immersive Erlebnisse zu ermöglichen (einschließlich virtueller und erweiterter Realität, aktiver Lärmkontrolle und lokalisierter Klangübertragung). Wir zeigen auch, dass die akustische Oberfläche aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, geringen Verzerrung und ihres großen Dynamikbereichs menschliche Stimmen wahrnehmen und aufzeichnen kann. Dies ermöglicht eine neuartige Plattform für Anwendungen wie Smart Skins für Robotik und Mensch-Maschine-Schnittstellen. Darüber hinaus können die aktiven Mikrostrukturen einzeln oder in kleinen Blöcken angesprochen und als Phased Array von akustischen Wandlern angesteuert werden. Die daraus resultierende Fähigkeit zur Kontrolle stehender und wandernder akustischer Wellen sowie ihre gute Leistung im Ultraschallbereich ermöglichen ein alternatives akustisches System für automatisierte Fahrzeuge7, volumetrische Anzeigen27 und Materiemanipulation in den Biowissenschaften und der biomedizinischen Technik28. Diese Ergebnisse spiegeln insgesamt die breiten Aussichten akustischer Oberflächen als vielseitige, skalierbare und potenziell kostengünstige Schnittstellen für bestehende und neue akustische Anwendungen wider.

Um die perforierten PET-Folien mit hoher Präzision zu definieren, wurde zunächst eine Silikon-Lochmaske hergestellt. Aluminium (100 nm dick) wurde auf einem 6-Zoll-Siliziumwafer (625 μm dick) abgeschieden. Der Fotolack AZ4620 wurde durch Schleuderbeschichtung auf das Aluminium aufgetragen, durch Fotolithographie strukturiert und in AZ435 entwickelt, bevor er 30 Minuten lang auf einer 120 °C heißen Platte hart gebacken wurde. Anschließend wurde die Aluminiumschicht nassgeätzt, um eine Hartmaske unter der Fotolack-Weichmaske zu bilden. Der Wafer wurde dann durch tiefes reaktives Ionenätzen bearbeitet, um eine Reihe von Durchgangslöchern zu bilden. Anschließend wurde diese Silikon-Schattenmaske auf eine handelsübliche 50 μm dicke PET-Folie mit einseitigem Kleber gelegt, während ein CO2-Laser rasterartig über die gesamte Silikonmaske gescannt wurde. CO2-Laserlicht, das den PET-Film erreicht, trägt den Film ab und bildet ein perforiertes Muster, das genau dem Durchkontaktierungs-Array-Muster der Silizium-Lochmaske entspricht. Als piezoelektrische Folie wurde eine 12 μm dicke uniaxiale PVDF-Folie (von Poly-K Technologies, Inc.) verwendet. Die auf beiden Seiten des PVDF-Films abgeschiedenen Elektroden können thermisch verdampftes Silber (Ag) mit einer Dicke von 50 nm, gesputtertes transparentes Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Dicke von 50 nm oder gesputtertes Ag/ITO mit einer Dicke von 4 nm/35 nm sein. 50 nm dicke ITO-Elektroden wurden abgeschieden, um ein optisch transparentes Gerät in Abb. 2b zu demonstrieren, und die für akustische Messungen verwendeten Geräte verfügen über 50 nm dicke Ag-Elektroden. Die abgeschiedenen Elektroden können mithilfe einer Schattenmaske mit gewünschten Mustern segmentiert werden. Anschließend wurde die perforierte PET-Folie mit Klebstoff mit einem Laminator auf die PVDF-Folie laminiert. Das Laminat wurde auf einen porösen Vakuumtisch (Vakuumniveau –25 kPa) geklebt, um eine Reihe mikroskaliger Kuppeln selbstausrichtend auf den PVDF-Film zu prägen. Unter Vakuum wurde das Laminat 5 Minuten lang bei 80 °C getempert und dann weitere 5 Minuten lang abgekühlt. Diese thermische Behandlung wurde dreimal wiederholt, um eine dauerhafte Prägung der Mikrostrukturen zu gewährleisten. Eine zweite perforierte PET-Folie mit Durchgangslöchern in der gleichen Größe wie die Kuppeln wurde mit einer Schicht aus UV-härtbarem Klebstoff beschichtet und auf die Rückseite des Mikrokuppel-Arrays laminiert. Die Position der unteren perforierten PET-Folie wurde manuell angepasst, bis eine gute Ausrichtung zwischen der Durchkontaktierungsanordnung der PET-Folie und der Mikrokuppelanordnung der PVDF-Folie erreicht war, bevor die Klebeschicht unter UV-Licht ausgehärtet wurde.

Sowohl die Lautsprecherreaktion als auch die Mikrofonreaktion der akustischen Oberfläche wurden in einer reflexionsarmen Kammeranordnung gemessen (Abb. S3). Die akustische Oberflächenprobe wurde in der Mitte einer 1 m × 1 m großen akustischen Schallwand befestigt, die als perfekte Reflexionsebene fungiert und die Beugung an den Kanten der Probe reduziert. Bei der Lautsprechermessung wurde ein kalibriertes Brüel & Kjær (B&K) 4136-Kondensatormikrofon, verbunden mit einem B&K 2669-Vorverstärker und einem B&K 2822-Mikrofonmultiplexer, 30 cm von der akustischen Oberflächenprobe entfernt platziert, um deren Schallerzeugung zu messen. Die Probe wurde durch ein sinusförmiges Spannungssignal angeregt, das von einem Agilent 33522A-Funktionsgenerator erzeugt und von einem Crest AUDIO 1001A-Leistungsverstärker verstärkt wurde. Die an die Probe angelegte Spannung und der Mikrofonausgang wurden mit einem Tektronix TDS 2014B-Oszilloskop gemessen. Einhundert Wellenformzyklen wurden erfasst und die Amplituden wurden durch die FFT extrahiert, um die tatsächliche Antriebsspannung zu messen und den Schalldruck basierend auf der kalibrierten Empfindlichkeit des Referenzmikrofons zu berechnen. Eine benutzerdefinierte LabVIEW-Schnittstelle steuerte den Funktionsgenerator für den Spannungsdurchlauf und das Oszilloskop für die Datenerfassung. Bei der Mikrofonmessung wurde ein handelsüblicher Lautsprecher 50 cm von der akustischen Oberflächenprobe in der Kammer entfernt platziert, um einen Klang mit sinusförmigen Wellenformen zu erzeugen, und das Referenzmikrofon wurde neben der Probe auf der Schallwand positioniert. Die Elektroden der Probe wurden an einen Transimpedanzverstärker angeschlossen (Abb. S4). Sowohl das Ausgangssignal der Probe als auch das des Referenzmikrofons wurden mit einem Oszilloskop gemessen. Einhundert Zyklen von Wellenformen wurden erfasst und ihre Amplituden wurden durch die FFT extrahiert, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Die benutzerdefinierte LabVIEW-Schnittstelle steuerte das Oszilloskop für die Datenerfassung und den Lautsprecher, um während der Messung Ton mit wechselnder Frequenz und Lautstärke zu erzeugen.

Die in diesem Dokument präsentierten Daten sind auf begründete Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

Dias, T. Monaragala, R. & Soleimani, M. Akustische Reaktion eines gebogenen aktiven PVDF-Papier/Stoff-Lautsprechers zur aktiven Geräuschkontrolle von Fahrzeuginnengeräuschen. Mess. Wissenschaft. Technol. 18, 1521 (2007).

Artikel Google Scholar

Guigou, C. & Fuller, C. Kontrolle des Breitbandgeräuschs im Flugzeuginnenraum mit Schaumstoff-PVDF-Smart-Skin. J. Sound Vib. 220, 541–557 (1999).

Artikel Google Scholar

Jung, YH et al. Flexible piezoelektrische akustische Sensoren und maschinelles Lernen für die Sprachverarbeitung. Adv. Mater. 32, 1904020 (2020).

Artikel Google Scholar

Han, JH et al. Auf maschinellem Lernen basierender, energieautarker Akustiksensor zur Sprechererkennung. Nano Energy 53, 658–665 (2018).

Artikel Google Scholar

Elfes, A. Sonarbasierte reale Kartierung und Navigation. IEEE J. Robot. Autom. 3, 249–265 (1987).

Artikel Google Scholar

Wells, PN Ultraschallbildgebung des menschlichen Körpers. Rep. Prog. Physik. 62, 671 (1999).

Artikel Google Scholar

Langer, D. & Thorpe, CE Sonarbasierte Outdoor-Fahrzeugnavigation und Kollisionsvermeidung. IROS 1445–1450 (Citeseer).

Tiwana, MI, Redmond, SJ & Lovell, NH Ein Überblick über taktile Sensortechnologien mit Anwendungen in der biomedizinischen Technik. Sens. Aktoren A: Phys. 179, 17–31 (2012).

Artikel Google Scholar

Laurell, T., Petersson, F. & Nilsson, A. Chip integrierte Strategien zur akustischen Trennung und Manipulation von Zellen und Partikeln. Chem. Soc. Rev. 36, 492–506 (2007).

Artikel Google Scholar

Ma, Z. et al. Akustische holographische Zellstrukturierung in einem biokompatiblen Hydrogel. Adv. Mater. 32, 1904181 (2020).

Artikel Google Scholar

Marzo, A. & Drinkwater, BW Holographische akustische Pinzette. Proz. Natl Acad. Wissenschaft. USA 116, 84–89 (2019).

Artikel Google Scholar

Gan, W. et al. Holzlautsprecher mit einer Dicke im einstelligen Mikrometerbereich. Nat. Komm. 10, 1–8 (2019).

Artikel Google Scholar

Xiao, L. et al. Flexible, dehnbare, transparente Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschichtlautsprecher. Nano Lett. 8, 4539–4545 (2008).

Artikel Google Scholar

Suk, JW, Kirk, K., Hao, Y., Hall, NA & Ruoff, RS Thermoakustische Schallerzeugung aus einschichtigem Graphen für transparente und flexible Schallquellen. Adv. Mater. 24, 6342–6347 (2012).

Artikel Google Scholar

Zhou, Q., Zheng, J., Onishi, S., Crommie, M. & Zettl, AK Elektrostatisches Graphen-Mikrofon und Ultraschallradio. Proz. Natl Acad. Wissenschaft. USA 112, 8942–8946 (2015).

Artikel Google Scholar

Ramadan, KS, Sameoto, D. & Evoy, S. Eine Übersicht über piezoelektrische Polymere als Funktionsmaterialien für elektromechanische Wandler. Kluge Mater. Struktur. 23, 033001 (2014).

Artikel Google Scholar

Sugimoto, T. et al. Flexibler und transparenter Lautsprecher mit PVDF-Antrieb. Appl. Akustisch. 70, 1021–1028 (2009).

Artikel Google Scholar

Hübler, AC et al. Vollständig massenhaft gedruckte Lautsprecher auf Papier. Org. Elektron. 13, 2290–2295 (2012).

Artikel Google Scholar

Schmidt, GC et al. In Papier eingebettete Rolle-zu-Rolle-massengedruckte piezoelektrische Wandler. Adv. Mater. 33, 2006437 (2021).

Artikel Google Scholar

Qiu, X. et al. Vollständig bedruckte piezoelektrische Polymerlautsprecher mit verbesserter akustischer Leistung. Adv. Ing. Mater. 21, 1900537 (2019).

Artikel Google Scholar

Street, RA et al. Audiosystem mit flexibler Hybrid-Elektronik. IEEE Trans. Elektron. Geräte 67, 1270–1276 (2020).

Artikel Google Scholar

Yildirim, A. et al. Rolle-zu-Rolle-Produktion neuartiger großflächiger piezoelektrischer Filme für transparente, flexible und tragbare Stofflautsprecher. Adv. Mater. Technol. 5, 2000296 (2020).

Artikel Google Scholar

Ko, W.-C. et al. Verwendung von 2-(6-Mercaptohexyl)malonsäure zur Anpassung der Morphologie und Elektreteigenschaften von zyklischem Olefin-Copolymer und seine Anwendung auf flexible Lautsprecher. Kluge Mater. Struktur. 19, 055007 (2010).

Artikel Google Scholar

Saarimaki, E. et al. Neuartige hitzebeständige elektromechanische Folie: Verarbeitung für elektromechanische und Elektret-Anwendungen. IEEE Trans. Dielektr. Elektr. Isolier. 13, 963–972 (2006).

Artikel Google Scholar

Heydt, R., Kornbluh, R., Eckerle, J. & Pelrine, R. In Smart Structures and Materials 2006: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), Schallabstrahlungseigenschaften dielektrischer Elastomer-Elektroaktivpolymer-Lautsprecher. 61681M (Internationale Gesellschaft für Optik und Photonik). https://doi.org/10.1117/12.659700.

Becker, H. & Gärtner, C. Polymer-Mikrofabrikationstechnologien für mikrofluidische Systeme. Anal. Bioanal. Chem. 390, 89–111 (2008).

Artikel Google Scholar

Hirayama, R., Plasencia, DM, Masuda, N. & Subramanian, S. Eine volumetrische Anzeige für visuelle, taktile und akustische Präsentationen mit akustischer Einfangfunktion. Natur 575, 320–323 (2019).

Artikel Google Scholar

Ozcelik, A. et al. Akustische Pinzetten für die Biowissenschaften. Nat. Methoden 15, 1021–1028 (2018).

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde durch die MIT-Ford Alliance-Vereinbarung vom Januar 2008 (MIT 0224) und eine Schenkungsfinanzierung der Lendlease Group unterstützt. Wir freuen uns über die technische Unterstützung und Diskussion mit Scott Amman, Thomas Chrapkiewicz und Andre Van Schyndel von der Ford Motor Company. Wir danken auch Prof. Zoltan S. Spakovszky vom MIT für seine Unterstützung beim Aufbau der akustischen Messung.

Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, 02139, USA

Jinchi Han, Mayuran Saravanapavanantham, Matthew R. Chua, Jeffrey H. Lang und Vladimir Bulović

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

JH, JHL, VB haben diese Arbeit konzipiert. JHL und VB betreuten das Projekt. JH führte die Simulation, Geräteherstellung und Charakterisierung durch. JH, MS und MRC demonstrierten die Lautsprecher- und Mikrofonanwendungen des Geräts. Alle Autoren diskutierten und analysierten die Ergebnisse. JH und MS haben das Manuskript unter Mitwirkung aller Autoren verfasst.

Korrespondenz mit Jinchi Han, Jeffrey H. Lang oder Vladimir Bulović.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Han, J., Saravanapavanantham, M., Chua, MR et al. Eine vielseitige akustisch aktive Oberfläche basierend auf piezoelektrischen Mikrostrukturen. Microsyst Nanoeng 8, 55 (2022). https://doi.org/10.1038/s41378-022-00384-0

Zitat herunterladen

Eingegangen: 16. November 2021

Überarbeitet: 3. März 2022

Angenommen: 11. April 2022

Veröffentlicht: 26. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41378-022-00384-0

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt