声音驱动的传感器可以节省数百万节电池
监控基础设施(例如桥梁或建筑物)或用于医疗设备(例如聋人假肢)的传感器需要持续供电。其能量通常来自电池，电池耗尽后会立即更换。这造成了巨大的浪费问题。欧盟的一项研究预测，到 2025 年，每天将有 7800 万块电池最终被丢弃。
由 Marc Serra-Garcia 和 ETH 地球物理学教授 Johan Robertsson 领导的研究人员开发的一种新型机械传感器现在可以提供补救措施。其创造者已为其发明申请了专利，并在《先进功能材料》杂志上介绍了其原理。
某些声波会导致传感器振动
“传感器纯机械工作，不需要外部能源。它只是利用声波中包含的振动能量，”罗伯茨森说。
每当说出某个单词或产生特定的音调或噪音时，发出的声波(只有这些)会引起传感器振动。这种能量足以产生微小的电脉冲，从而打开已关闭的电子设备。
研究人员在位于杜本多夫苏黎世瑞士创新园的罗伯森实验室开发的原型已经获得专利。它可以区分口语单词“三”和“四”。由于与单词“三”相比，单词“四”具有更多与传感器共振的声能，因此它会导致传感器振动，而“三”则不会。这意味着“四”这个词可以打开设备或触发进一步的进程。有了“三”就不会发生任何事情。
较新的传感器版本应该能够区分多达十二个不同的单词，例如“开”、“关”、“上”和“下”等标准机器命令。与手掌大小的原型相比，新版本也小得多——大约是缩略图大小——研究人员的目标是进一步缩小它们。
不含问题物质的超材料
该传感器就是所谓的超材料：赋予传感器特殊属性的不是所使用的材料，而是其结构。 “我们的传感器纯粹由硅胶组成，不像传统电子传感器那样不含有毒重金属或任何稀土，”Serra-Garcia 说。
该传感器由数十个相同或类似结构的板组成，这些板通过微小的杆相互连接。这些连接杆的作用类似于弹簧。研究人员使用计算机建模和算法来开发这些微结构板的特殊设计，并找出如何将它们相互连接。弹簧决定特定声源是否使传感器运动。
监控基础设施
这些无电池传感器的潜在用例包括地震或建筑监测。例如，他们可以记录建筑物何时出现具有正确声音或波能的裂缝。
人们还对用于监测退役油井的无电池传感器感兴趣。气体可以从钻孔的泄漏处逸出，产生特有的嘶嘶声。这种机械传感器可以检测到这种嘶嘶声并触发警报，而无需不断消耗电力，从而使其成本更低且需要更少的维护。
医疗植入物传感器
Serra-Garcia 还看到了医疗设备的应用，例如人工耳蜗。这些聋人假肢需要通过电池提供永久电源来进行信号处理。它们的电源位于耳朵后面，那里没有空间容纳大型电池组。这意味着此类设备的佩戴者必须每十二小时更换一次电池。这种新型传感器还可用于连续测量眼压。 “眼睛里没有足够的空间容纳带电池的传感器，”他说。
“工业界对零能量传感器也很感兴趣，”Serra-Garcia 补充道。他不再在 ETH 工作，而是在荷兰公共研究机构 AMOLF 工作，他和他的团队正在那里改进机械传感器。他们的目标是到 2027 年推出可靠的原型。“如果到那时我们还没有吸引任何人的兴趣，我们可能会找到自己的初创公司。”
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