苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种传感器，该传感器利用声波的能量来控制电子设备。有朝一日，这可以节省数百万个电池。
简述
研究人员正在开发一种新型传感器，该传感器可以对某些声波做出反应，使其振动。
传感器是一种超材料，通过材料的结构获得其特殊性能。
无源声敏传感器可用于监测建筑物、地震或某些医疗设备，并节省数百万个电池。
监测基础设施或用于医疗设备的传感器需要持续的电力供应。这种能量通常来自电池，一旦电池没电，就会立即更换。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 万个电池被扔进垃圾桶。
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一种补救措施。它的创造者已经为他们的发明申请了专利，现在已经在《先进功能材料》杂志上介绍了这一原理。
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，“罗伯逊说。
每当说出某个单词或产生特定的音调或噪音时，发出的声波会导致传感器振动。然后，这种能量足以产生一个微小的电脉冲，该电脉冲会打开已关闭的电子设备。
研究人员在位于杜本多夫的瑞士苏黎世创新园的Robertsson实验室开发的原型已经获得专利。它可以区分口语“三”和“四”。因为与“三”字相比，字“四”具有更多的声能与传感器产生共振，所以它会导致传感器振动，而“三”则不会。这意味着“四”字可以打开设备或触发进一步的进程。“三”不会发生任何事情。
传感器的较新变体应该能够区分多达 12 个不同的单词，例如标准的机器命令，如“开”、“关”、“上”和“下”。与手掌大小的原型相比，新版本也要小得多 - 大约是缩略图的大小 - 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
传感器就是所谓的超材料：赋予传感器特殊性能的不是所使用的材料，而是结构。“我们的传感器完全由硅胶制成，不像传统的电子传感器那样含有有毒重金属或任何稀土，”Serra-Garcia说。
该传感器由数十个相同或结构相似的板组成，这些板通过细小的条相互连接。这些连接杆的作用就像弹簧一样。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，并研究如何将它们相互连接。弹簧决定了特定声源是否使传感器运动。
监控基础结构
这些无电池传感器的潜在用例包括地震或建筑物监测。例如，当建筑物出现具有正确声音或波浪能量的裂缝时，它们可以进行记录。
人们还对用于监测退役油井的无电池传感器感兴趣。气体可以从钻孔中的泄漏中逸出，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，而无需持续消耗电力 - 使其便宜得多，需要的维护也少得多。
用于医疗植入物的传感器
Serra-Garcia 还看到了在人工耳蜗等医疗设备中的应用。这些聋人假肢需要一个永久的电源来处理电池的信号。它们的电源位于耳后，没有空间放置大型电池组。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。“眼睛中没有足够的空间来放置带有电池的传感器，”他说。
“工业界对零能耗传感器也非常感兴趣，”Serra-Garcia补充道。他不再在ETH工作，而是在荷兰的公共研究机构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 年推出一个可靠的原型。“如果到那时我们还没有设法吸引任何人的兴趣，我们可能会找到自己的创业公司。
