Investigadores de ETH Zurich han desarrollado un sensor que utiliza energía de ondas sonoras para controlar dispositivos electrónicos. Esto algún día podría ahorrar millones de baterías.
El prototipo del sensor de sonido es relativamente grande. Crédito de la imagen: Astrid Robertsson / ETH Zurich
Los sensores que monitorean infraestructuras, como puentes o edificios, o se utilizan en dispositivos médicos, como prótesis para sordos, requieren un suministro constante de energía. La energía para ello suele proceder de las baterías, que se reemplazan en cuanto se agotan. Esto crea un enorme problema de residuos. Un estudio de la UE prevé que en 2025, 78 millones de baterías acabarán en la basura cada día.
Un nuevo tipo de sensor mecánico, desarrollado por investigadores dirigidos por Marc Serra-García y el profesor de geofísica de ETH Johan Robertsson, ahora podría proporcionar una solución. Sus creadores ya solicitaron una patente para su invención y ahora han presentado el principio en la revista. Materiales funcionales avanzados.
Ciertas ondas sonoras hacen que el sensor vibre.
“El sensor funciona de forma puramente mecánica y no requiere una fuente de energía externa. Simplemente utiliza la energía vibratoria contenida en las ondas sonoras”, afirma Robertsson.
Cada vez que se pronuncia una determinada palabra o se genera un determinado tono o ruido, las ondas sonoras emitidas -y sólo éstas- hacen que el sensor vibre. Esta energía es entonces suficiente para generar un pequeño impulso eléctrico que enciende un dispositivo electrónico que ha estado apagado.
El prototipo que los investigadores desarrollaron en el laboratorio de Robertsson en el Swiss Innovation Park Zurich en Dübendorf ya ha sido patentado. Puede distinguir entre las palabras habladas «tres» y «cuatro». Debido a que la palabra «cuatro» tiene más energía sonora que resuena con el sensor en comparación con la palabra «tres», hace que el sensor vibre, mientras que «tres» no. Eso significa que la palabra «cuatro» podría encender un dispositivo o desencadenar más procesos. Con “tres” no pasaría nada.
Las variantes más nuevas del sensor deberían poder distinguir entre hasta doce palabras diferentes, como comandos estándar de la máquina como «encendido», «apagado», «arriba» y «abajo». En comparación con el prototipo del tamaño de la palma de la mano, las nuevas versiones también son mucho más pequeñas (aproximadamente del tamaño de una miniatura) y los investigadores pretenden miniaturizarlas aún más.
Metamaterial sin sustancias problemáticas
El sensor es lo que se conoce como metamaterial: no es el material utilizado el que confiere al sensor sus propiedades especiales, sino la estructura. «Nuestro sensor está compuesto exclusivamente de silicona y no contiene metales pesados tóxicos ni tierras raras, como sí lo hacen los sensores electrónicos convencionales», afirma Serra-García.
El sensor se compone de decenas de placas idénticas o de estructura similar que están conectadas entre sí mediante pequeñas barras. Estas barras de conexión actúan como resortes. Los investigadores utilizaron modelos y algoritmos informáticos para desarrollar el diseño especial de estas placas microestructuradas y descubrir cómo unirlas entre sí. Son los resortes los que determinan si una fuente de sonido particular pone en movimiento el sensor o no.
Infraestructura de monitoreo
Los posibles casos de uso de estos sensores sin batería incluyen el monitoreo de terremotos o de edificios. Podrían, por ejemplo, registrar cuándo un edificio desarrolla una grieta que tiene el sonido o la energía de onda adecuada.
También hay interés en sensores sin baterías para monitorear pozos petroleros fuera de servicio. El gas puede escaparse de las fugas en los pozos, produciendo un silbido característico. Un sensor mecánico de este tipo podría detectar este silbido y activar una alarma sin consumir electricidad constantemente, lo que lo hace mucho más económico y requiere 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 mediante baterías. Su fuente de alimentación se encuentra detrás de la oreja, donde no hay espacio para baterías grandes. Eso significa que los usuarios de dichos dispositivos deben reemplazar las baterías cada doce horas. Los nuevos sensores también podrían utilizarse para la medición continua de la presión ocular. «No hay suficiente espacio en el ojo para un sensor con batería», afirma.
Los modelos más nuevos del sensor están muy miniaturizados y caben en la punta de un dedo. Crédito de la imagen: Marc Serra-García / Amolf
“También en la industria hay mucho interés en los sensores de energía cero”, añade Serra-García. Ya no trabaja en 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 antes de 2027. «Si para entonces no hemos conseguido atraer el interés de nadie, podríamos fundar nuestra propia empresa emergente».
Fuente: ETH Zúrich
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