Los sensores acústicos ahorrarán millones de pilas
El sensor es un metamaterial que adquiere sus propiedades especiales mediante la estructuración del material
Investigadores de la ETH de Zúrich han desarrollado un sensor que utiliza la energía de las ondas sonoras para controlar dispositivos electrónicos. Esto podría ahorrar millones de pilas.
Los sensores que controlan infraestructuras, como puentes o edificios, o que se utilizan en dispositivos médicos, como prótesis para sordos, necesitan un suministro constante de energía. La energía para ello suele proceder de pilas, que se sustituyen en cuanto se agotan. Esto crea un enorme problema de residuos. Un estudio de la UE prevé que en 2025 acabarán en la basura 78 millones de pilas al día.
Un nuevo tipo de sensor mecánico, desarrollado por investigadores dirigidos por Marc Serra-García y el profesor de geofísica de la ETH Johan Robertsson, podría ahora poner remedio. Sus creadores ya han solicitado la patente de su invento y ahora han presentado el principio en la revista Advanced Functional Materials.
Ciertas ondas sonoras hacen vibrar el sensor
"El sensor funciona de forma puramente mecánica y no necesita una fuente de energía externa. Simplemente utiliza la energía vibratoria contenida en las ondas sonoras", explica Robertsson.
Cada vez que se pronuncia una palabra o se genera un tono o ruido determinado, las ondas sonoras emitidas -y sólo éstas- hacen vibrar el sensor. Esta energía es entonces suficiente para generar un minúsculo impulso eléctrico que enciende un dispositivo electrónico apagado.
El prototipo que los investigadores desarrollaron en el laboratorio de Robertsson en el Parque Suizo de la Innovación de Zúrich, en Dübendorf, ya ha sido patentado. Puede distinguir entre las palabras "tres" y "cuatro". Como la palabra "cuatro" tiene más energía sonora que resuena en el sensor que la palabra "tres", hace que el sensor vibre, mientras que "tres" no. Eso significa que la palabra "cuatro" podría encender un dispositivo o desencadenar otros procesos. Con "tres" no ocurriría nada.
Las nuevas variantes del sensor deberían ser capaces de distinguir hasta doce palabras distintas, como comandos estándar de máquinas como "on", "off", "up" y "down". En comparación con el prototipo del tamaño de la palma de la mano, las nuevas versiones son también mucho más pequeñas (aproximadamente del tamaño de la uña de un pulgar) y los investigadores pretenden miniaturizarlas aún más.
Metamaterial sin sustancias problemáticas
El sensor es lo que se conoce como un metamaterial: no es el material utilizado el que confiere al sensor sus propiedades especiales, sino su estructura. "Nuestro sensor está compuesto exclusivamente de silicona y no contiene metales pesados tóxicos ni tierras raras, como los sensores electrónicos convencionales", explica Serra-García.
El sensor se compone de docenas de placas idénticas o de estructura similar conectadas entre sí mediante pequeñas barras. Estas barras actúan como muelles. Los investigadores utilizaron modelos y algoritmos informáticos para desarrollar el diseño especial de estas placas microestructuradas y averiguar cómo unirlas entre sí. Son los muelles los que determinan si una determinada fuente de sonido pone en movimiento el sensor.
Infraestructura de vigilancia
Entre los posibles usos de estos sensores sin pilas está la vigilancia de terremotos o edificios. Podrían, por ejemplo, registrar cuando un edificio presenta una grieta con la energía sonora o de ondas adecuada.
También hay interés en sensores sin pilas para vigilar pozos petrolíferos clausurados. Las fugas de gas en los pozos producen un silbido característico. Un sensor mecánico de este tipo podría detectar este silbido y activar una alarma sin consumir electricidad constantemente, lo que lo haría mucho más barato y requeriría mucho menos mantenimiento.
Sensor para implantes médicos
Serra-García también ve aplicaciones en dispositivos médicos, como los implantes cocleares. Estas prótesis para sordos requieren una fuente de alimentación permanente para el procesamiento de señales a partir de baterías. Su fuente de alimentación se encuentra detrás de la oreja, donde no hay espacio para grandes baterías. Esto significa que los usuarios de estos dispositivos deben cambiar las pilas cada doce horas. Los novedosos sensores también podrían utilizarse para la medición continua de la presión ocular. "En el ojo no hay espacio suficiente para un sensor con batería", afirma.
"También en la industria hay mucho interés por los sensores de energía cero", añade Serra-García. Ya no trabaja en la ETH, sino en AMOLF, un instituto público de investigación de los Países Bajos, donde él y su equipo están perfeccionando los sensores mecánicos. Su objetivo es lanzar un prototipo sólido en 2027. "Si para entonces no hemos conseguido atraer el interés de nadie, podríamos fundar nuestra propia start-up".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Tena Dubček, Daniel Moreno‐Garcia, Thomas Haag, Parisa Omidvar, Henrik R. Thomsen, Theodor S. Becker, Lars Gebraad, Christoph Bärlocher, Fredrik Andersson, Sebastian D. Huber, Dirk‐Jan van Manen, Luis Guillermo Villanueva, Johan O.A. Robertsson, Marc Serra‐Garcia; "In‐Sensor Passive Speech Classification with Phononic Metamaterials"; Advanced Functional Materials, 2024-1-9
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