Vallankumoukselliset anturit, jotka voivat säästää miljoonia akkuja

I anturit lääkinnällisistä laitteista ja infrastruktuurin valvonnassa käytettävistä tarvitsevat jatkuvaa energiaa, joka saadaan yleensä loppumaan ja vaihdettaviksi määrätyistä paristoista: tuoreen Euroopan unionin tutkimuksen mukaan vuoteen 2025 mennessä muutumme n. 78 miljoonaa akkua päivässä.

Ottaen huomioon laitteiden kasvavan kysynnän aina päällä, mikä johtuu osittain syvän oppimisen ja tekoälysovellusten massiivisesta käytöstä ohjaukseen ja valvontaan, joten vaihtoehtoisen ratkaisun löytäminen akkukäyttöisille antureille on yhä kiireellisempi ongelma.

Tässä mielessä erittäin lupaava kokeilu on peräisin tutkijaryhmältä Zürichin ammattikorkeakoulu jota ajoi Marc Serra-Garcia ja ETH-geofysiikan professori Johan Robertsson: tiimi kehitti a täysin passiivinen mekaaninen anturi, pystyy suorittamaan syvällisiä oppimistehtäviä kuluttamatta energiaa.

Robotiikka, ”väri”-anturi, joka jäljittelee ihon herkkyyttä
Näin tekoälypohjaisilla järjestelmillä on piilotettuja moraalisia arvoja…

Aina päällä olevat anturit ilman paristoja: tutkimus

ETH Zürichin tutkimusryhmä on juuri julkaissut "Kehittyneet toiminnalliset materiaalit" tutkimus, joka kuvaa a uusi anturi joka voisi mullistaa integroitujen akkukäyttöisten laitteiden, kuten lääketieteellisten implanttien ja tekoälykäyttöisten älylaitteiden, maailman.

I seurantajärjestelmät asennettu rakennuksiin ja infrastruktuureihin, lääkinnällisiin laitteisiin ja vedenalaiset IoT-laitteet, jotka mittaavat lämpötilaa ja hiilidioksidia valtamerivesissä vaatia jatkuvaa energiaa toimiakseen. Tällä hetkellä tämä energia saadaan enimmäkseen akku EU:n tuoreen tutkimuksen mukaan ne kestävät keskimäärin kaksi vuotta (tai vähemmän).

Tutkimusprojektin selvityksen mukaan KÄYTÖSSÄ, tämä kestää tulevina vuosina satojen miljoonien akkujen tuotanto joka vuosi: jos et työskentele pidentääksesi akun käyttöikä, luimme tutkimuksessa, "vuoteen 2025 mennessä heitämme pois noin 78 miljoonaa joka päivä ", kun otetaan huomioon vain ne, jotka ruokkivat IoT-laitteet.

Pidennä akun käyttöikää se on varmasti ratkaisu, mutta on myös niitä, jotka jatkavat kunnianhimoista hanketta poista akkujen käyttö kokonaan aina päällä oleville älylaitteille: tämä on johtaman ETH-tutkijaryhmän tapaus Marc Serra-Garcia e Johan Robertsson, joka kehitti (ja patentoi) äskettäin ensimmäisen passiivisen fononisen anturin, joka pystyy suorittamaan koneoppimistehtäviä.

"Älykkäät" piilolinssit tutkimaan uutta maailmaa
Vihreän kemian pyhä malja: myrkyttömät fluorikemikaalit

Fononianturi, mekaaninen hermoverkko

Il fononinen anturi ETH:n tutkijoiden kehittämä monimutkainen mekaaninen laskin, joka pystyy aktivoimaan ja tunnistaa äänet analogisella ja täysin passiivisella tavalla erityisen rakenteensa ansiosta. Siksi Serra-Garcia selittää:koostuu yksinomaan pii eikä sisällä myrkyllisiä raskasmetalleja eikä harvinaisia ​​maametallia, kuten perinteiset elektroniset anturit tekevät".

tämä mekaaninen neuroverkko, kuten lehdessä kuvataan, se koostuu kymmenistä mikrorakenteiset levyt identtiset tai samankaltaiset, yhdistetty toisiinsa pienillä liitostankoilla, jotka toimivat mm pehmeä ja ovat yhteydessä jumaliin toimilaitteet pietsosähköinen.

Mikrolevyjen monimutkaisen suunnittelun kehittämiseksi (puhumme 380 µm piikiekosta) tutkijat käyttivät tietokonemalleja ja algoritmeja, jotka määrittelivät metamateriaalin mikrorakenteiden tasapainot ja geometriat. Tuloksena on a analoginen tietokone pystyy suorittamaan tehtäviä automaattinen oppiminen ja saavuttaa yli 90 prosentin tarkkuus binääriluokituksen suhteen.

Liipaisutapahtuma, joka muuntaa ärsykkeen sähköiseksi signaaliksi, on ääni. Tai pikemminkin ne ovat yksittäisiä sanoja ihmisen lausuma: äänisensori, joka on kehitetty laboratorioissa Sveitsin innovaatiopuisto Zürich Dübendorf ei rajoitu äänien suodattamiseen, vaan keskittyy siihenmonimutkaisten tapahtumien passiivinen käsittely.

Patenttihakemuksen mukaan 81 elementistä koostuva neuroverkko pystyy erottamaan yksittäiset aktivointisanat (esimerkiksi "kolme" ja "neljä").

Kaivosteollisuuden kestävyys: yhä kiireellisempi haaste
Kiertotalous ja sähköautot: tulevaisuus on paljon lähempänä

Nollatehoanturi, joka pystyy erottamaan sanat

I älylaitteet kuten askelmittarit ja tahdistimet on tehtävä havaita a laukaiseva tapahtuma muuntaa ärsykkeen sähköiseksi signaaliksi. Havaintotoimintaan liittyy kuitenkin energiankulutusta myös laitteiden ollessa valmiustilassa.

ETH:ssa kehitetty mekaaninen neuroverkko sen sijaan voi havaita tietyn tapahtuman täysin passiivisesti, a nolla energiankulutus.

La anturin vaste sen laukaisee syöttöärsykkeen teho: kun tapahtuma on havaittu, vastaus käyttää energiapanosta sähköpiirin virransyöttö: "Anturi toimii puhtaasti mekaanisesti eikä vaadi ulkoista virtalähdettäProfessori Johan Robertsson selittää.se yksinkertaisesti käyttää ääniaaltojen sisältämää värähtelyenergiaa".

Aina kun tietty sana lausutaan tai tietty ääni tai kohina syntyy, ääniaalto aiheuttavat anturin tärinää. Tämä energia riittää tuottamaan a pieni sähköinen impulssi joka käynnistää sammutetun elektronisen laitteen.

Prototyyppi kehitettiin Dübendorfissa Zürichin kantonissa osaa erottaa sanat sano "kolme" ja "neljä": Koska sanalla "neljä" on enemmän äänienergiaa, joka resonoi anturin kanssa kuin sanalla "kolme", ​​se värisee anturia, kun taas "kolme" ei.

Tämä tarkoittaa, tutkijat selittävät, että sanaa "neljä" voidaan käyttää laitteen käynnistämiseen tai lisäprosessien käynnistämiseen, vaikka sanotaan "kolme" mitään ei tapahdu.

Tekoäly ja autonominen ajo: moottoriurheilu juoksee pimeässä
Vesi, ruoho ja ihmiskunta: tekoälyn kognitiiviset rajat

Serra-Garcia: vankka prototyyppi vuoteen 2027 mennessä

Tutkijat selittävät, että anturin uudemmat variantit pitäisi pystyä erottamaan jopa kaksitoista eri sanaa ja ne ovat paljon pienempiä kuin patentoitu prototyyppi, joka on kämmenen kokoinen: kuten tutkijat selittävät, tavoitteena on pienennä teknologiaa.

Mahdolliset käyttötavat i vallankumouksellisia paristottomia antureita sisältää maanjäristys ja rakennusten valvonta: Niitä voidaan käyttää aaltoenergian tallentamiseen tai havaitsemaan, milloin betoniin muodostuu halkeama.

Myös seurantaa kohtaan on kiinnostusta hylättyjä öljylähteitä, selittävät tutkimuksen tekijät: kaivoista karkaava kaasu tuottaa tyypillistä suhinaa, ja tämän tyyppinen anturi voisi havaita sen kuluttamatta jatkuvasti sähköä.

Serra-​Garcia näkee sovelluksia myös myyräissä lääkinnälliset laitteet, kuten sisäkorvaistutteet, jotka vaativat jatkuvaa virtalähdettä signaalinkäsittelyyn erittäin pienten paristojen kautta, jotka on vaihdettava 12 tunnin välein.

"Myös teollisuudessa kiinnostus nollaenergia-antureista on suuri”, lisää Serra-Garcia, joka työskentelee nyt AMOLF:lla Hollannissa.

Hänen joukkueensa tavoitteena on julkaista vankka prototyyppi vuoteen 2027 mennessä: "Jos emme ole siihen mennessä onnistuneet herättämään kenenkään kiinnostusta", tutkija päättää, ”Voimme perustaa oman start-up-yrityksemme".

Vuotta 2024 leimaa seitsemänkymmentä vuotta CERNiä ja innovaatioita
WSense, näin esineiden internet pääsee meren syvyyksiin