Время на прочтение: 2 минут(ы)
Новый полностью автономный датчик, разработанный исследователями из ETH Zurich, питается только от звука. Это может проложить путь к прекращению использования одноразовых батареек в широком спектре устройств. Интересно, что устройство может питаться используя определенный тон или шум, а не просто любую звуковую волну.
В повседневной жизни используется огромное количество датчиков. И мы не про модный нынче «умный дом». Датчики имеют решающее значение во многом — от слуховых аппаратов и других медицинских устройств, до механических приборов обнаружения землетрясений. Однако для работы этих датчиков требуются небольшие портативные батареи, и, в зависимости от от условий, может потребоваться ежедневная замена батарей.
Это, в свою очередь, создает масштабную проблему отходов. Согласно оценкам, сделанным в Европейском союзе, к 2025 году в и так немалую кучу отходов будет ежедневно добавляться до 78 миллионов одноразовых батареек. Чтобы избежать такого будущего, исследователи ищут альтернативные источники питания для устройств, и исследовательская группа ETH обнаружила, что звук является интересной альтернативой.
Полностью автономный датчик и зарядка от шума
По словам Йохана Робертсона, профессора геофизики в ETH, датчик использует энергию колебаний звуковых волн. Энергия волн заставляет датчик вибрировать и вырабатывать электрическую энергию, которую можно использовать для питания устройств.
Чтобы избежать эффекта «перезаряда», исследователи использовали компьютерное моделирование и алгоритмы для разработки специальной структуры датчика, состоящей из одинаковых пластин, соединенных с помощью крошечных стержней. Эти микро стержни определяют, приведет ли в движение датчик тот или иной звук.
В своем прототипе исследователи продемонстрировали, что датчик может генерировать крошечные электрические импульсы при произнесении слова «четыре». Однако слово «три» не произвело такого же воздействия, как датчик.
Зарядка от звука и метаматериалы
Датчики, изготовленные по такой технологии, классифицируются как метаматериалы. Особые свойства им придают не свойства компонентов, а структура.
Марк Серра-Гарсия, участник проекта:
Наш датчик состоит исключительно из силикона и не содержит ни токсичных тяжелых металлов, ни каких-либо редкоземельных элементов, как обычные электронные датчики.
Опытный образец сенсора может распознавать до двенадцати различных слов, таких как «включи», «выключи», «вверх» и «вниз». В настоящее время исследователи работают над их дальнейшей миниатюризацией.
Датчики, работающие без батареек, могут быть использованы для мониторинга зданий во время землетрясения. Сигнал тревоги сработает, если в здании образуется трещина, которая выдает заранее запрограммированную частоту звука. Их также можно использовать для мониторинга выведенных из эксплуатации нефтяных скважин. Если газ начинает проникать в законсервированную скважину, он издает продолжительный шипящий звук, который новое устройство сможет обнаружить и подать сигнал тревоги.
Поскольку такие системы не требуют подключения к постоянному источнику электричества, а обслуживание сведено к минимуму, их внедрения поможет поднять стандарты безопасности на новый уровень. По словам Серра-Гарсии, в промышленности существует большой спрос на датчики с нулевым потреблением энергии. Первый, полноценный, прототип должен появится к 2027 году.
Другие позитивные новости новых технологий
Первая бытовая атомная батарейка появится в Китае
Использованы материалы:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240129122442.htm
https://www.openaccessgovernment.org/battery-free-sensor-uses-sound-waves-for-energy/173046/
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/01/sound-powered-sensors-stand-to-save-millions-of-batteries.html
