声控传感器可节省数百万电池

监测基础设施(如桥梁或建筑物)或用于医疗设备(如聋人假肢)的传感器需要持续供电。这种能量通常来自电池，电池一用完就会被替换。这就造成了巨大的浪费问题。欧盟的一项研究预测，到2025年，每天将有7800万块电池被扔进垃圾堆。

由Marc Serra-Garcia和ETH地球物理学教授Johan Robertsson领导的研究人员开发的一种新型机械传感器现在可以提供一种补救措施。它的发明者已经为他们的发明申请了专利，并在《高级功能材料》杂志上发表了这一原理。

“这种传感器完全是机械工作，不需要外部能源。它只是利用声波中包含的振动能量，” Robertsson说。

每当有人说出一个特定的词，或者产生一种特定的音调或噪音时，发出的声波会引起传感器的振动。这个能量足以产生一个微小的电脉冲，打开已经关闭的电子设备。

研究人员在位于杜本多夫的苏黎世瑞士创新园Robertson实验室开发的原型已经获得专利。它可以区分口语中的“三”和“四”。因为与“三”相比，“四”这个词与传感器共振的声能更多，所以它会导致传感器振动，而“三”则不会。这意味着“四”这个词可以打开一个设备或触发进一步的过程。“三”什么都不会发生。

传感器的新变体应该能够区分多达12个不同的单词，例如“打开”、“关闭”、“向上”和“向下”等标准机器命令。与手掌大小的原型相比，新版本也小得多，大约有缩略图大小，研究人员正致力于将其进一步小型化。

传感器被称为超材料：赋予传感器特殊性能的不是所用材料，而是其结构。Serra Garcia说：“我们的传感器纯由硅树脂组成，既不含有毒重金属，也不含任何稀土，就像传统的电子传感器一样。”

该传感器包括数十个相同或结构相似的板，这些板通过微小的棒相互连接。这些连杆的作用就像弹簧。研究人员使用计算机建模和算法开发了这些微结构板的特殊设计，并研究了如何将它们相互连接。是弹簧决定特定声源是否使传感器运动。

这些无电池传感器的潜在使用案例包括地震或建筑监测。例如，当一座建筑出现具有适当声能或波浪能的裂缝时，它们可以记录下来。

人们还对用于监测退役油井的无电池传感器感兴趣。气体可以从钻孔中的泄漏中逸出，产生特有的嘶嘶声。这样的机械传感器可以检测这种嘶嘶声并触发警报，而无需持续耗电——这使其成本低得多，而且需要更少的维护。