研究人員開發出了一種無需電池的傳感器，它能對聲波（如特定的口語）做出反應，產生足夠的振動能量為電子設備供電。這種新型感測器不僅能減少電池浪費，還能為人工耳蝸等醫療設備供電，或監測建築物的故障。

聲敏感測器無需外接電源，由特定噪音產生的聲波激活

從智慧型手機和玩具到遙控器和手電筒，我們日常使用的許多物品都依賴電池供電。因此，全世界每年有150 億個電池被丟棄，其中許多電池最終被填埋。

蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的研究人員開發了一種感測器，除了聲音之外不需要任何電源，對於某些設備來說，丟棄電池可能很快就會成為過去。

這項研究的合著者之一約翰羅伯遜（Johan Robertsson）說：”感測器純粹以機械方式工作，不需要外部能源。它只需利用聲波中包含的振動能量即可。”

但僅限於特定的聲波。研究人員開發的感測器具有被動語音辨識功能，每當說出某個單字或產生某種特定的音調或噪音時，感測器就會被啟動。發出的聲波（而不是其他聲波）會使感測器產生足夠的振動，從而產生一個微小的電脈衝，打開一個電子設備。感測器原型可以區分”three”和”four”這兩個口語單字。由於”four”比”three”產生更多的聲能，因此它能引起感測器振動，從而打開一個裝置或觸發一個後續過程，而說”three”則沒有任何影響。

由棒材連接的超材料晶格的振動板對聲波做出選擇性響應

這種感測器是一種超材料，是一種經過設計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：”我們的感測器純粹由矽組成，既不像傳統電子感測器那樣含有有毒重金屬，也不含任何稀土。”

但是，這種感測器的語音辨識特性來自於它的結構，而不是它的材質。利用電腦建模和演算法，研究人員設計出了感測器的結構，它由相同的矽板（諧振器）組成，矽板之間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感測器啟動。

研究人員發現，這種無需電池、由聲音供電的感測器有許多潛在應用。例如，它可以用來監測地震和建築物，記錄建築物地基開裂時發出的特殊聲音。或者，它還能偵測到氣體洩漏時發出的嘶嘶聲，並觸發警報。

他們說，這種感測器還可以應用於醫療領域，例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個電池，具體取決於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。這種新型感測器也可用於持續測量眼壓。眼睛裡沒有足夠的空間容納帶電池的感應器。工業界對零能耗感測器也非常感興趣。

研究人員的目標是在2027 年之前推出可靠的感測器原型。較新的迭代產品應能區分多達12 個不同的單字，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感測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吸引到任何人的興趣，我們可能會成立自己的新公司。”

這項研究發表在《先進功能材料》雜誌。

編譯來源：ScitechDaily