Kada su mi djeca bila još sasvim mala, upoznasmo se u vlaku s nekom Hvarankom, stanovnicom mjesta u kojem smo ljetovali. Bili smo joj simpatični, a i ona nama, pa nas pozove sebi u goste. Lijepo. Kažem „lijepo“ jer nema ništa ljepše nego se na godišnjem odmoru družiti s domaćim ljudima, a ne se osjećati kao životinja u zoološkom vrtu ili, oštrije, kao kokoš u kokošinjcu. I sve je bilo lijepo: vidjeli smo Hvar i s unutrašnje strane, vidjeli smo kako Hvarani žive i još više kako su nekoć živjeli – samo je sve malo predugo trajalo. Ukratko, zadržali smo se u gostima više od dva sata, a za to se vrijeme naša domaćica nije gasila. Mi, svo četvoro, jedva da smo dvije riječi rekli. Na kraju, izađosmo iz kuće, evo nas na rivi, a moj sin će: „Osjećam se kao da me je netko udario šakom po glavi.“

Naravno da sam se s njime složio. Nema mi ničeg goreg, ništa zamornijeg od slušanja praznih razgovora, od ženskog (ali i muškog) brbljanja, blebetanja i trkeljanja. No evo mog Marka: „Znaš, tata, kad bi se skupila sva energija koja je ona potrošila dok je govorila, bila bi dovoljna za jedan dobar udarac.“

Preneseno ili doslovno značenje, psihologija ili fizika? Ipak fizika: da za proizvodnju zvuka treba utrošiti energiju i da se ta ista energija oslobađa pri njegovoj apsorpciji opće je poznato. Da toga nema, pjevači i svirači se ne trebali mučiti, a zvučnici se ne bi trebali napajati strujom. Konačno, nikakvo snimanje zvuka ne bi bilo moguće. Sve je to, kako kažem, dobro poznato, no drugo je pitanje kako zvuk pretvoriti u nešto korisno, kako buku pretvoriti u korisnu energiju.

I za to su se pobrinuli kineski znanstvenici. Članak u kojem su objavili svoje otkriće nosi naslov „Leveraging giant magnetoelasticity in soft matter for acoustic energy harvesting“, a možete ga naći u časopisu Matter.

Uređaj kineskih znanstvenika jednostavan je i po načinu rada i po izvedbi. Temelji se na pojavi magnetoelastičnosti, pojavi koju je još u 19. stoljeću, 1865. godine otkrio talijanski fizičar Emillio Villari. Jednostavno govoreći, kada se magnet izvrgne pritisku, mijenja se magnetsko polje, a gdje se mijenja magnetsko polje, tamo se može – uz prikladan vodič električne struje – mijenjati i električno polje. Ukratko, riječ je o elektromagnetskoj indukciji, pojavi na kojoj se temelji rad svih elektromotora i generatora električne struje.

No, da ne duljimo. „Meka tvar“ („soft matter“) za hvatanje zvučne energije („acoustic energy harvesting“, AEH) sastoji se od mikromagneta raspršenih u silikonskoj gumi. Pri nanošenju silikonskog polimera (otopljenog u hekasanu) treba biti uključeno magnetsko polje kako bi svi mikromagneti bili magnetizirani u istom smjeru. Polimer se nanosi na metalnu foliju u kojoj se inducira električna struja, a sve skupa leži na sloju poli(tetrafluoretilena), PTFE, pučki rečeno na sloju teflona. Magneti su dakako najbolje vrste, naime napravljeni su od slitine neodimija, željeza i bora (NdFeB). Maseni udio magneta nije malen, oni čine 50, 75 ili čak 83 posto mase silikonskog sloja. No, to nije jedni činitelj u hvatanju energije zvuka.

Drugi je činitelj frekvencija. Iako novi materijal apsorbira sve frekvencije zvuka te ih pretvara u električnu energiju, najboljim se pokazao za frekvenciju od 300 Hz. Tako primjerice frolija sa 83 % mikromagneta generira tri puta slabiju struju (0,15 mA) pri 600 Hz nego pri 300 Hz (0,45 mA). Općenito govoreći, apsorpcija zvuka je veća što je frekvencija niža, a udio magneta u silikonskoj gumi veći.

Takve su karakteristike povoljne jer je tvornička buka najjača pri frekvenciji od oko 150 Hz, uz tipičnu jakost od 90 do 110 dB, dok ljudski glas pri govoru leži u rasponu frekvencija 85 do 255 Hz. Dobivena struja je međutim preslaba (98 μA cm^-2) da bi se njome mogle puniti baterije, pa se nabijaju kondenzatori. Mnogo ovisi i o strujnom krugu u kojem se AEH nalazi, naime o njegovom električnom otporu. Pri otporu od 300 oma, kvadratni centimetar površine folije može proizvesti struju snage 0,1 mW, što nije mnogo (1 W m^-2 ili 3,6 kJ m^-2 h^-1). Čitatelju ostavljam da izračuna može li se za dva sata brbljanja skupiti dovoljno energije za jedan dobar boksački udarac, no unatoč svemu novi bi izvor energije mogao naći primjenu. Izvora zvučne energije ima naime svugdje baš kao i trošila male snage, pa bi se stoga gradska buka i ljudski glas mogli koristiti za punjenje mobitela i sličnih priručnih uređaja. 

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima  su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.