Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja

ETH Zürichin tutkijat ovat kehittäneet anturin, joka käyttää ääniaaltojen energiaa elektronisten laitteiden ohjaamiseen. Tämä voisi jonain päivänä säästää miljoonia akkuja ja paristoja.

Anturit, jotka valvovat infrastruktuuria, kuten siltoja tai rakennuksia tai joita käytetään lääketieteellisissä laitteissa, kuten kuurojen proteeseissa, vaativat jatkuvaa virransyöttöä. Energia tähän tulee yleensä paristoista, jotka vaihdetaan heti, kun ne ovat tyhjiä.

Tämä aiheuttaa valtavan jäteongelman. EU-tutkimuksessa ennakoidaan, että vuonna 2025 roskiin päätyy joka päivä 78 miljoonaa paristoa.

Marc Serra-Garcian ja Johan Robertssonin johtamien tutkijoiden kehittämä uudenlainen mekaaninen anturi voisi nyt tarjota ratkaisun.

”Anturi toimii puhtaasti mekaanisesti eikä vaadi ulkoista energianlähdettä. Se yksinkertaisesti vain hyödyntää ääniaaltojen sisältämää värähtelyenergiaa”, Robertsson sanoo.

Aina kun tietty sana puhutaan tai tietty ääni tai kohina syntyy, sopivat ääniaallot – ja vain nämä – saavat anturin värähtelemään. Tämä energia riittää tuottamaan pienen sähköpulssin, joka käynnistää sähkölaitteen, joka on sammutettu.

Tutkijoiden kehittämä prototyyppi osaa erottaa puhutut sanat "kolme" ja "neljä". Koska sana "neljä" sisältää enemmän äänienergiaa, joka resonoi anturin kanssa kuin sana "kolme",ja saa anturin värisemään, ja käynnistää laitta kun taas sana "kolme" ei. Anturin uudempien muunnelmien pitäisi pystyä erottamaan jopa kaksitoista eri sanaa, kuten vakiokomennot, kuten "on", "off", "up" ja "down".

Anturin fononisen metamateriaalin rakenne antaa sille sen ominaisuudet. "Anturimme koostuu pelkästään silikonista, eikä se sisällä myrkyllisiä raskasmetalleja eikä harvinaisia maametalleja", Marc Serra-Garcia sanoo.

Anturi koostuu kymmenistä rakenteeltaan samanlaisista levyistä, jotka on liitetty toisiinsa pienillä tangoilla. Nämä liitostangot toimivat kuin jousi, jotka sitten määräävät, saako tietty äänilähde anturin reagoimaan.

Mahdollisia käyttötapauksia näille paristottomille antureille ovat maanjäristys- tai rakennusvalvonta. Ne voisivat esimerkiksi rekisteröidä, kun rakennukseen syntyy halkeama, jolla on oikea ääni- tai aaltoenergia.

Serra-Garcia näkee sovelluksia myös lääkinnällisissä laitteissa, kuten sisäkorvaimplanteissa. Niiden virtalähde sijaitsee korvan takana, jossa ei ole tilaa suurille akkupakkauksille. Niitä voitaisiin käyttää myös jatkuvaan silmänpaineen mittaukseen. "Silmässä ei ole tarpeeksi tilaa akulla varustetulle anturille", hän sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitunnelointi siirtää omavoimaisten antureiden rajoja

Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja

Älykkäästi reagoivaa materiaalia