无需电池的传感器能对特定声波做出反应

摘要:

研究人员开发出了一种无需电池的传感器,它能对声波(如特定的口语)做出反应,产生足够的振动能量为电子设备供电。这种新型传感器不仅能减少电池浪费,还能为人工耳蜗等医疗设备供电,或监测建筑物的故障。

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声敏传感器无需外接电源,由特定噪音产生的声波激活

从智能手机和玩具到遥控器和手电筒,我们日常使用的许多物品都依赖电池供电。因此,全世界每年有 150 亿个电池被丢弃,其中许多最终被填埋。

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究人员开发出了一种传感器,这种传感器除了声音之外不需要任何电源,对于某些设备来说,扔掉电池可能很快就会成为过去。

这项研究的合著者之一约翰-罗伯逊(Johan Robertsson)说:"传感器纯粹以机械方式工作,不需要外部能源。它只需利用声波中包含的振动能量即可。"

但仅限于特定的声波。研究人员开发的传感器具有被动语音识别功能,每当说出某个单词或产生某种特定的音调或噪音时,传感器就会被激活。发出的声波(而不是其他声波)会使传感器产生足够的振动,从而产生一个微小的电脉冲,打开一个电子设备。传感器原型可以区分"three"和"four"这两个口语单词。由于"four"比"three"产生更多的声能,因此它能引起传感器振动,从而打开一个设备或触发一个后续过程,而说"three"则没有任何影响。

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由棒材连接的超材料晶格的振动板对声波做出选择性响应

这种传感器是一种超材料,是一种经过设计具有自然界中罕见特性的材料。共同通讯作者马克-塞拉-加西亚(Marc Serra-Garcia)说:"我们的传感器纯粹由硅组成,既不像传统电子传感器那样含有有毒重金属,也不含任何稀土。"

但是,这种传感器的语音识别特性来自于它的结构,而不是它的材质。利用计算机建模和算法,研究人员设计出了传感器的结构,它由相同的硅板(谐振器)组成,硅板之间由像弹簧一样的细条连接。这些弹簧决定了特定的声音是否会使传感器启动。

研究人员发现,这种无需电池、由声音供电的传感器有许多潜在应用。例如,它可以用来监测地震和建筑物,记录建筑物地基开裂时发出的特殊声音。或者,它还能检测到气体泄漏时发出的嘶嘶声,并触发警报。

他们说,这种传感器还可以应用于医疗领域,比如为耳聋或听力损失患者植入人工耳蜗。目前,每个植入体需要两到三块电池,具体取决于所使用的声音处理器类型。一次性电池可使用 30 到 60 小时,但需要经常更换。这种新型传感器也可用于持续测量眼压。眼睛里没有足够的空间容纳带电池的传感器。工业界对零能耗传感器也非常感兴趣。

研究人员的目标是在 2027 年之前推出可靠的传感器原型。较新的迭代产品应能区分多达 12 个不同的单词,包括"开"、"关"、"上"和"下"等标准指令。而且,与手掌大小的原型相比,研究人员计划让更新版本的传感器只有拇指甲大小或更小。

塞拉-加西亚说:"如果到那时我们还没有吸引到任何人的兴趣,我们可能会成立自己的新公司。"

这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。

编译来源:ScitechDaily

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