حسگری که از صدا نیرو تولید می‌کند

محققان یک حسگر بدون باتری ابداع کرده‌اند که به امواج صوتی مانند نوع خاصی از گفتار واکنش نشان می‌دهد و انرژی ارتعاشی کافی برای تامین انرژی یک دستگاه الکترونیکی تولید می‌کند.

این حسگر جدید نه تنها اتلاف باتری را کاهش می‌دهد، بلکه می‌تواند به دستگاه‌های پزشکی مانند کاشت حلزون انرژی بدهد یا ساختمان‌ها را از نظر عیوب نظارت کند.
ما برای تامین انرژی بسیاری از مواردی که روزانه استفاده می‌کنیم، از تلفن‌های هوشمند و اسباب بازی‌ها گرفته تا کنترل از راه دور و چراغ قوه، به باتری وابسته هستیم. در نتیجه، سالانه ۱۵ میلیارد باتری در سراسر جهان دور ریخته می‌شود که بسیاری از آنها به محل دفن زباله فرستاده می‌شود.

اما اکنون برخی از دستگاه‌ها ممکن است دیگر نیازی به باتری و دور انداختن آن نداشته باشند زیرا به لطف محققان مؤسسه فناوری فدرال زوریخ، حسگری ایجاد شده است که به هیچ چیز دیگری به جز صدا برای تغذیه نیاز ندارد.

یوهان رابرتسون(Johan Robertsson)، یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: این حسگر کاملا مکانیکی کار می‌کند و به منبع انرژی خارجی نیاز ندارد و به سادگی از انرژی ارتعاشی موجود در امواج صوتی استفاده می‌کند.

البته فقط از امواج صوتی خاص استفاده می‌کند. این حسگر توسعه یافته توسط محققان دارای قابلیت تشخیص غیرفعال گفتار است و هر زمان که کلمه خاصی گفته شود یا لحن یا صدای خاصی ایجاد شود فعال می‌شود.

امواج صوتی ساطع شده باعث می‌شود که حسگر به اندازه کافی ارتعاش پیدا کند که یک پالس الکتریکی کوچک تولید کند که یک دستگاه الکترونیکی را روشن می‌کند. نمونه اولیه آن می‌تواند بین کلمات گفتاری «سه» و «چهار» تمایز قائل شود. از آنجایی که کلمه «چهار» انرژی صوتی بیشتری نسبت به «سه» تولید می‌کند، باعث می‌شود حسگر به لرزه درآید، دستگاهی را روشن کند یا فرآیند بعدی را آغاز کند، در حالی که گفتن کلمه «سه» تأثیری ندارد.

مارک سرا گارسیا(Marc Serra-Garcia)، نویسنده همکار این مطالعه می‌گوید: حسگر ما کاملا از سیلیکون تشکیل شده است و مانند حسگرهای الکترونیکی معمولی فلزات سنگین سمی و خاک‌های کمیاب ندارد.

اما این حسگر ویژگی‌های تشخیص گفتار خود را از ساختار خود به دست می‌آورد نه آنچه از آن ساخته شده است.

محققان با استفاده از مدل‌سازی و الگوریتم‌های رایانه‌ای، ساختار حسگر را با استفاده از شبکه‌ای از صفحات سیلیکونی یکسان طراحی کردند که با میله‌های کوچکی که مانند فنر عمل می‌کنند، به هم متصل شده‌اند. فنرها تعیین می‌کنند که آیا صدای خاصی حسگر را به حرکت در آورد یا خیر.

محققان کاربردهای بالقوه زیادی را برای حسگر بدون باتری می‌بینند.

می‌توان از آن برای نظارت بر زمین‌لرزه‌ها و ساختمان‌ها استفاده کرد، مثلا صدای خاصی را که از ترک خوردن پی ساختمان می‌آید، ثبت کرد. یا می‌توان صدای خش خش ناشی از خروج گاز را تشخیص داد و زنگ هشدار را فعال کرد.

محققان می‌گویند که این حسگر می‌تواند کاربردهای پزشکی نیز داشته باشد، مانند افرادی که کاشت حلزون شنوایی برای ناشنوایی یا کم شنوایی دارند. در حال حاضر، هر ایمپلنت بسته به نوع پردازشگر صوتی مورد استفاده، به دو یا سه باتری نیاز دارد. در حالی که بسته به نوع فعالیتی که فرد انجام می‌دهد باتری‌های یک بار مصرف بین ۳۰ تا ۶۰ ساعت دوام خواهند داشت و نیاز به تعویض مکرر دارند.

این حسگر جدید همچنین می‌تواند برای اندازه‌گیری مداوم فشار چشم استفاده شود. سرا گارسیا می‌گوید: فضای کافی در چشم برای قرار دادن حسگر با باتری وجود ندارد.

محققان قصد دارند تا سال ۲۰۲۷ یک نمونه اولیه حسگر را عرضه کنند.

گزینه‌های جدیدتر باید قادر به تمایز قائل شدن بین حداکثر ۱۲ کلمه مختلف، از جمله دستورات استاندارد مانند «روشن»، «خاموش»، «بالا» و «پایین» باشند و در مقایسه با نمونه اولیه به اندازه کف دست، محققان برنامه‌ریزی می‌کنند که نسخه‌های جدیدتر کوچکتر باشند.