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无电池传感器利用语音的力量

2024-02-06 10:10 性质:原创 作者:南山 来源:AGV
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声敏传感器无需外部电源,由某些噪音产生的声波激活。研究人员开发了一种无电池传感器,可以对声波(例如特定的口语单词)做出反应,产生足够的振动能量来为电子设备供电。这种新型传感器...

  声敏传感器无需外部电源,由某些噪音产生的声波激活。

  研究人员开发了一种无电池传感器,可以对声波(例如特定的口语单词)做出反应,产生足够的振动能量来为电子设备供电。这种新型传感器不仅可以减少电池浪费,还可以为人工耳蜗等医疗设备供电或监控建筑物故障。

  我们依靠电池为我们日常使用的许多物品提供动力,从智能手机和玩具到遥控器和手电筒。因此,全世界每年有 150 亿块电池被丢弃,其中许多最终被填埋。对于某些设备来说,扔掉电池可能很快就会成为过去式,这要归功于苏黎世联邦理工学院的研究人员,他们开发了一种除了声音之外不需要任何动力的传感器。

  “该传感器纯粹以机械方式工作,不需要外部能源。”该研究的合著者之一约翰·罗伯茨森(Johan Robertsson)说:“它只是利用声波中包含的振动能量。”

  但仅限于某些声波。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特定的音调或噪音时就会被激活。发出的声波(而不是其他声波)导致传感器充分振动,从而产生微小的电脉冲来打开电子设备。原型传感器可以区分口头单词“三”和“四”。因为“四”比“三”产生更多的声音能量,所以它会导致传感器振动,打开设备或触发后续过程,而说出“三”这个词则没有效果。

  由条连接的超材料晶格的振动板选择性地响应声波

  该传感器是一种超材料,它是任何经过设计而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,传感器的语音识别特性来自于它的结构,而不是它的材质。研究人员利用计算机建模和算法,设计出了传感器的结构,即由相同的硅板(谐振器)组成的晶格,这些硅板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。

  研究人员认为,这种无需电池、由声音驱动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定声音。或者,它也可以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。

  塞拉-加西亚说:"眼睛里没有足够的空间来安装带电池的传感器。工业界对零能耗传感器也很感兴趣。"

  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引起任何人的兴趣,我们可能会成立自己的新公司。"


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