Дослідники з Швейцарської вищої технічної школи Цюріха представили революційний сенсор без батарейок, який використовує звукові хвилі, такі як окремі вимовлені слова, для генерування вібраційної енергії, здатної живити електронні пристрої. Дослідницька група зазначила, що звичайні сенсори в моніторингу інфраструктури або медичних пристроях часто покладаються на безперервне живлення від батарейок, що призводить до значного забруднення навколишнього середовища. Дослідження ЄС прогнозує, що до 2025 року 78 млн батарейок викидатимуться щодня, що підкреслює потребу в стійких альтернативах.
Команда під керівництвом Марка Серра-Гарсія та професора геофізики ETH Йохана Робертссона розробила механічний сенсор, який працює без зовнішнього джерела енергії. На відміну від традиційних сенсорів, цей пристрій використовує вібраційну енергію, присутню у звукових хвилях, що усуває потребу в батареях. Сенсор працює суто механічно і реагує на певні вимовлені слова, тони або шуми, які випромінюють звукові хвилі, змушуючи його вібрувати. Ця енергія вібрації перетворюється на невеликий електричний імпульс, який активує електронний пристрій, що був вимкнений. Запатентований прототип був розроблений у Швейцарському інноваційному парку Цюріха в Дюбендорфі, і він може розрізняти вимовлені слова, такі як “три” і “чотири”.
Сенсор реагує на більшу звукову енергію, пов’язану зі словом “чотири”, викликаючи вібрації, тоді як на слово “три” не реагує. Дослідники мають на меті покращити здатність сенсора розпізнавати до 12 слів, що розширить його потенційне застосування.
Прикметним аспектом цього сенсора є його метаматеріальний склад. Замість того, щоб покладатися на конкретні матеріали, унікальні властивості сенсора обумовлені його структурним дизайном. “Наш сенсор складається виключно з силікону і не містить ні токсичних важких металів, ні рідкоземельних елементів, на відміну від звичайних електронних сенсорів”, – говорить Серра-Гарсія у своїй заяві.
Він складається зі з’єднаних між собою пластин з пружинними з’єднувальними стрижнями, що визначають його реакцію на джерела звуку. Комп’ютерне моделювання та алгоритми відіграли важливу роль у розробці цих мікроструктурованих пластин і розумінні механізмів їхнього кріплення. За словами команди, застосування цих безбатарейних сенсорів дуже широке – від моніторингу землетрусів і будівель до виявлення витоків у виведених з експлуатації нафтових свердловинах.
В останньому випадку пристрій визначає шиплячі звуки, пов’язані з витоками газу, і запускає сигналізацію без постійної потреби в електроенергії, що забезпечує економічну ефективність і менші потреби в обслуговуванні.
За словами Серра-Гарсія, медичні прилади, зокрема кохлеарні імплантати, отримають вигоду від цієї інновації. Кохлеарні імплантати мають важливе значення для глухих людей, і наразі вони покладаються на батареї для обробки сигналів. Таким чином, новий датчик може забезпечити стале рішення, використовуючи звукову енергію для безперервного живлення.
Команда має на меті представити надійний прототип до 2027 року, і якщо не буде достатнього інтересу, вони розглядають можливість заснування стартапу для подальшого розвитку та комерціалізації технології.
Читайте також:
- Інфрачервоні сенсори зробили безпечними для здоров’я
- На виставці #CES2024 анонсували незвичайний пристрій зі ШІ Rabbit R1