교량이나 건물 등 인프라를 모니터링하거나 청각 장애인용 보철물 등 의료기기에 사용되는 센서에는 지속적인 전원 공급이 필요합니다.이를 위한 에너지는 일반적으로 배터리에서 나오며, 배터리는 방전되는 즉시 교체됩니다.이는 엄청난 폐기물 문제를 야기합니다.EU 연구에 따르면 2025년에는 매일 7,800만 개의 배터리가 쓰레기로 버려질 것으로 예측됩니다.

Marc Serra-Garcia와 ETH 지구물리학 교수인 Johan Robertsson이 이끄는 연구원들이 개발한 새로운 유형의 기계 센서가 이제 해결책을 제공할 수 있습니다.제작자는 이미 자신의 발명품에 대한 특허를 신청했으며 현재 저널에 그 원리를 제시했습니다.첨단 기능성 소재.

특정 음파로 인해 센서가 진동함

"센서는 순전히 기계적으로 작동하며 외부 에너지원이 필요하지 않습니다.진동 에너지에 포함된음파"라고 Robertsson은 말합니다.

특정 단어를 말하거나 특정 톤이나 소음이 생성될 때마다 방출되는 음파와 이 음파만이 센서를 진동시킵니다.이 에너지는 꺼져 있던 전자 장치를 켜는 작은 전기 펄스를 생성하는 데 충분합니다.

연구원들이 Dübendorf에 있는 취리히 혁신 공원에 있는 Robertsson의 연구실에서 개발한 프로토타입은 이미 특허를 받았습니다.이는 "3"과 "4"라는 단어를 구별할 수 있습니다."4"라는 단어는 "3"이라는 단어에 비해 센서와 공명하는 소리 에너지가 더 많기 때문에 센서가 진동하는 반면 "3"은 진동하지 않습니다.이는 "4"라는 단어가 장치를 켜거나 추가 프로세스를 트리거할 수 있음을 의미합니다."3"으로는 아무 일도 일어나지 않을 것입니다.

최신 버전의 센서는 "켜기", "끄기", "위", "아래"와 같은 표준 기계 명령과 같이 최대 12개의 서로 다른 단어를 구별할 수 있어야 합니다.손바닥 크기의 프로토타입에 비해 새 버전은 축소판 크기 정도로 훨씬 작으며 연구원들은 이를 더욱 소형화하는 것을 목표로 하고 있습니다.

문제 물질이 없는 메타물질

센서는 메타물질로 알려져 있습니다. 센서에 특별한 특성을 부여하는 것은 사용된 재료가 아니라 구조입니다."저희 센서는 순전히 실리콘으로 구성되어 있으며 어느 것도 포함하지 않습니다.독성 중금속어느 것도 아니고희토류, 기존의 전자 센서가 그러하듯이"라고 Serra-Garcia는 말합니다.

센서는 작은 막대를 통해 서로 연결된 수십 개의 동일하거나 유사한 구조의 플레이트로 구성됩니다.이러한 연결 막대는 스프링처럼 작동합니다.연구원들은 컴퓨터 모델링과 알고리즘을 사용하여 이러한 미세 구조 플레이트의 특수 설계를 개발하고 이를 서로 부착하는 방법을 알아냈습니다.특정 음원이 센서를 움직이는지 여부를 결정하는 것은 스프링입니다.

인프라 모니터링

이러한 배터리가 필요 없는 센서의 잠재적인 사용 사례에는 지진 또는 건물 모니터링이 포함됩니다.예를 들어 건물에 올바른 소리나 파동 에너지가 있는 균열이 생기면 이를 등록할 수 있습니다.

폐기된 유정을 모니터링하기 위한 배터리 없는 센서에도 관심이 있습니다.가스는 시추공의 누출을 통해 빠져나가 특유의 쉭쉭 소리를 낼 수 있습니다.이러한 기계식 센서는 이러한 쉭쉭 소리를 감지하고 지속적으로 전기를 소비하지 않고도 경보를 울릴 수 있으므로 훨씬 저렴하고 유지 관리가 덜 필요합니다.