Akkuloses Gerät gewinnt Strom durch Stimmen
Einen rein mechanischen Sensor, der keinen Akku und keine Stromzufuhr benötigt, haben Forschende an der ETH Zürich entwickelt. Derartige Sensoren könnten bei zahlreichen verschiedenen Anwendungen genutzt werden und damit Wartungsaufwand, Müll und Energiekosten einsparen.
"Der Sensor nutzt lediglich die Schwingungsenergie, die in Schallwellen enthalten ist", sagt ETH-Geophysikprofessor Johan Robertsson. Daraus könne der Sensor einen winzigen elektronischen Impuls generieren, der in der Lage ist, ein elektronisches Gerät einzuschalten.
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Der Prototyp des Schallsensors
© Astrid Robertsson / ETH Zürich
Sensor kann Geräusche erkennen
Dieser mechanische Sensor kann auf ganz bestimmte Töne oder Geräusche abgestimmt werden und zwischen verschiedenen Wörtern unterscheiden. Der Prototyp kann etwa das gesprochene Wort "four" erkennen.
Die spezifische Schallenergie, die von diesem Wort ausgeht, ist in der Lage, den elektronischen Impuls zu erzeugen. Die unterschiedliche Schallenergie anderer Wörter lässt den Sensor unberührt.
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Anwendungsmöglichkeiten
Diese Feinfühligkeit machen den akkulosen Sensor beispielsweise für die Gebäudeüberwachung oder für das Monitoring stillgelegter Ölbohrungen interessant, wie es in einer Aussendung der ETH Zürich heißt.
"Der Sensor könnte unter anderem registrieren, wenn ein Gebäude einen Riss bekommt, der die richtige Schall- beziehungsweise Wellenenergie hat", schreibt die Universität. Ähnliches gilt für den plötzlichen Gasaustritt bei Ölbohrungen.
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© Dubček T, Moreno-Garcia D, Haag T, et al.
Auch im medizinischen Bereich sehen die Forschenden Anwendungsmöglichkeiten - überall dort, wo Sensoren oder Implantate zum Einsatz kommen, bei denen es nicht genug Platz für entsprechende Batterien gibt, etwa Prothesen für Gehörlose oder bei der permanenten Messung des Augendrucks.
Das Funktionsprinzip
Die Funktionsweise des mechanischen Sensors basiert auf den speziellen Eigenschaften einer Struktur. "Der Sensor besteht nur aus Silikon und enthält weder giftige Schwermetalle noch irgendwelche seltenen Erden wie herkömmliche elektronische Sensoren", wird der Forscher Marc Serra-Garcia in der Aussendung zitiert.
Strukturierte Plättchen sind über winzige Stege miteinander verbunden, die wie Federn wirken. Das spezielle Design dieser mikrostrukturierten Plättchen und die Verbindungsstege sind auch entscheidend, ob eine bestimmte Schallquelle den Sensor in Gang setzt oder nicht.
Das Forschungsteam hat den Sensor bereits zum Patent angemeldet. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials publiziert. Derzeit ist der Sensor ungefähr so groß wie ein Daumennagel, an der weiteren Miniaturisierung wird gearbeitet.