聲敏傳感器無需外部電源,由某些噪音產生的聲波激活。
研究人員開發了一種無電池傳感器,可以對聲波(例如特定的口語單詞)做出反應,產生足夠的振動能量來為電子設備供電。這種新型傳感器不僅可以減少電池浪費,還可以為人工耳蝸等醫療設備供電或監控建筑物故障。
我們依靠電池為我們日常使用的許多物品提供動力,從智能手機和玩具到遙控器和手電筒。因此,全世界每年有 150 億塊電池被丟棄,其中許多最終被填埋。對于某些設備來說,扔掉電池可能很快就會成為過去式,這要歸功于蘇黎世聯邦理工學院的研究人員,他們開發了一種除了聲音之外不需要任何動力的傳感器。
“該傳感器純粹以機械方式工作,不需要外部能源。”該研究的合著者之一約翰·羅伯茨森(Johan Robertsson)說:“它只是利用聲波中包含的振動能量?!?/p>
但僅限于某些聲波。研究人員開發的傳感器具有被動語音識別功能,每當說出某個單詞或產生特定的音調或噪音時就會被激活。發出的聲波(而不是其他聲波)導致傳感器充分振動,從而產生微小的電脈沖來打開電子設備。原型傳感器可以區分口頭單詞“三”和“四”。因為“四”比“三”產生更多的聲音能量,所以它會導致傳感器振動,打開設備或觸發后續過程,而說出“三”這個詞則沒有效果。
由條連接的超材料晶格的振動板選擇性地響應聲波
該傳感器是一種超材料,它是任何經過設計而具有自然界中罕見特性的材料。
共同通訊作者馬克-塞拉-加西亞(Marc Serra-Garcia)說:"我們的傳感器純粹由硅組成,既不像傳統電子傳感器那樣含有有毒重金屬,也不含任何稀土。"
但是,傳感器的語音識別特性來自于它的結構,而不是它的材質。研究人員利用計算機建模和算法,設計出了傳感器的結構,即由相同的硅板(諧振器)組成的晶格,這些硅板由像彈簧一樣的細條連接。這些彈簧決定了特定的聲音是否會使傳感器啟動。
研究人員認為,這種無需電池、由聲音驅動的傳感器有許多潛在應用。例如,它可以用來監測地震和建筑物,記錄建筑物地基開裂時發出的特定聲音。或者,它也可以檢測到氣體泄漏時發出的嘶嘶聲,并觸發警報。
他們說,這種傳感器還可以應用于醫療領域,比如為耳聾或聽力損失患者植入人工耳蝸。目前,每個植入體需要兩到三塊電池,具體取決于所使用的聲音處理器類型。一次性電池可使用 30 到 60 小時,但需要經常更換。
這種新型傳感器也可用于持續測量眼壓。
塞拉-加西亞說:"眼睛里沒有足夠的空間來安裝帶電池的傳感器。工業界對零能耗傳感器也很感興趣。"
研究人員的目標是在 2027 年之前推出可靠的傳感器原型。較新的迭代產品應能區分多達 12 個不同的單詞,包括 "開"、"關"、"上 "和 "下 "等標準指令。而且,與手掌大小的原型相比,研究人員計劃讓更新版本的傳感器只有拇指甲大小或更小。
塞拉-加西亞說:"如果到那時我們還沒有引起任何人的興趣,我們可能會成立自己的新公司。"
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