Millionlab batareyalarni tejashga qodir inqilobiy sensorlar

I datchiklar Tibbiy asboblar va infratuzilma monitoringi uchun foydalaniladigan qurilmalar doimiy energiya talab qiladi, bu odatda tugashi va almashtirilishi kerak bo'lgan akkumulyatorlar parki tomonidan ta'minlanadi: Yevropa Ittifoqining yaqinda o'tkazgan tadqiqotiga ko'ra, biz 2025 yilga kelib taxminan o'zgartiramiz. Kuniga 78 million akkumulyator.

Qurilmalarga talab ortib borayotganini hisobga olgan holda Har doim, qisman nazorat qilish va monitoring qilish uchun chuqur o‘rganish va sun’iy intellekt ilovalaridan keng foydalanish tufayli, akkumulyatorli sensorlarga muqobil yechim topish tobora dolzarb masala bo‘lib qolmoqda.

Shu ma'noda juda istiqbolli tajriba bir guruh tadqiqotchilardan keladi Tsyurix politexnika tomonidan boshqariladi Mark Serra-Garsiya va ETH geofizika professori Yoxan Robertsson: jamoa ishlab chiqdi a butunlay passiv mexanik sensor, energiya sarflamasdan chuqur o'rganish vazifalarini bajarishga qodir.

Robototexnika, terining sezgirligini taqlid qiluvchi "rang" sensori
Shunday qilib, sun'iy intellektga asoslangan tizimlar axloqiy qadriyatlarni yashiradi ...

Batareyasiz har doim yoqilgan sensorlar: tadqiqot

ETH Zurich tadqiqot guruhi hozirgina nashr qildi "Kengaytirilgan funktsional materiallar" a ning faoliyatini tavsiflovchi tadqiqot yangi sensor Tibbiy implantlar va sun'iy intellekt yordamida boshqariladigan aqlli qurilmalar kabi akkumulyatorli o'rnatilgan qurilmalar dunyosini inqilob qilishi mumkin.

I monitoring tizimlari binolar va infratuzilmalarga, tibbiy asboblarga va okean suvlarida harorat va CO2 ni o'lchaydigan suv osti IoT qurilmalari talab qiladi doimiy energiya ishlashi uchun. Ayni paytda bu energiya asosan tomonidan ta'minlanadi Batterie Yevropa Ittifoqining so'nggi tadqiqotiga ko'ra, o'rtacha ikki yil (yoki undan kam) davom etadi.

Tadqiqot loyihasi tekshiruviga ko'ra YOQILADI, bu kelgusi yillarda davom etadi yuz millionlab batareyalar ishlab chiqarish har yili: agar siz uzaytirish uchun ishlamasangiz batareyaning ishlash muddati, biz tadqiqotda o'qiymiz, "2025 yilga kelib biz har kuni 78 millionni tashlab ketamiz ”, faqat ovqatlanadiganlarni hisobga olgan holda IoT qurilmalari.

Batareyaning ishlash muddatini uzaytiring Bu, albatta, yechim, ammo shuhratparast loyihaga intilayotganlar ham bor batareyalardan foydalanishni butunlay yo'q qiling har doim ishlaydigan aqlli qurilmalar uchun: bu boshchiligidagi ETH tadqiqotchilari jamoasining ishi Mark Serra-Garsiya e Yoxan Robertsson, u yaqinda mashinani o'rganish vazifalarini bajarishga qodir bo'lgan birinchi passiv fononik sensorni ishlab chiqdi (va patentlangan).

Yangi dunyoni kashf qilish uchun "aqlli" kontakt linzalari
Yashil kimyoning Muqaddas Grail: toksikliksiz florokimyoviy moddalar

Fonon sensori, mexanik neyron tarmoq

Il fononik sensor ETH tadqiqotchilari tomonidan ishlab chiqilgan faollashtirishga qodir murakkab mexanik kalkulyator va tovushlarni tanib olish o'ziga xos tuzilishi tufayli analog va butunlay passiv tarzda. Shuning uchun, Serra-Garsiya tushuntiradi, "dan faqat iborat kremniy va an'anaviy elektron sensorlar kabi zaharli og'ir metallar ham, nodir tuproqlarni ham o'z ichiga olmaydi".

bu mexanik neyron tarmog'i, qog'ozda tasvirlanganidek, u o'nlablardan iborat mikrostrukturali plitalar bir xil yoki o'xshash bo'lib, ular bir-biriga kichik bog'lovchi chiziqlar orqali ulangan mol va xudolarga bog'langan aktuatorlar piezoelektrik.

Mikro-plastinkalarning murakkab dizaynini ishlab chiqish uchun (380 mkm kremniy gofreti haqida gapiramiz) tadqiqotchilar metamaterialning mikro tuzilmalarining muvozanatlari va geometriyalarini aniqlaydigan kompyuter modellari va algoritmlaridan foydalanganlar. Natijada a analog kompyuter vazifalarni bajarishga qodir avtomatik o'rganish va ikkilik tasniflash bo'yicha 90 foizdan ortiq aniqlikka erishadi.

Qo'zg'atuvchi hodisa, stimulni elektr signaliga aylantiruvchi hodisa tovush. To'g'rirog'i, ular yagona so'zlar inson tomonidan aytilgan: fononik datchik laboratoriyalarida ishlab chiqilgan Shveytsariya innovatsion parki Tsyurix Dyubendorf o'zini tovushlarni filtrlash bilan cheklamaydi, balki diqqatni jamlaydimurakkab hodisalarni passiv qayta ishlash.

81 elementdan tashkil topgan neyron tarmoq, patent talabnomasida aytilishicha, individual faollashtiruvchi so'zlarni (masalan, "uch" va "to'rt") ajrata oladi.

Tog'-kon sanoati barqarorligi: tobora dolzarb vazifa
Aylanma iqtisod va elektromobillar: kelajak ancha yaqin

So'zlarni ajrata oladigan nol quvvat sensori

I aqlli qurilmalar pedometr va yurak stimulyatori kabi a aniqlash vazifasi bor tetiklantiruvchi hodisa ogohlantiruvchini elektr signaliga aylantirish. Biroq, aniqlash faoliyati, hatto qurilmalar kutish rejimida bo'lganda ham energiya sarfini o'z ichiga oladi.

ETHda ishlab chiqilgan mexanik neyron tarmog'i esa ma'lum bir hodisani butunlay passiv tarzda aniqlay oladi nol energiya sarfi.

La sensorning javobi u kirish stimulining kuchi bilan qo'zg'atiladi: hodisa aniqlangandan so'ng, javob energiya sarfidan foydalanadi elektr zanjirini quvvatlantirish uchun: "Sensor faqat mexanik tarzda ishlaydi va tashqi quvvat manbasini talab qilmaydi", deb tushuntiradi professor Yoxan Robertsson,"u shunchaki tovush to'lqinlari tarkibidagi tebranish energiyasidan foydalanadi".

Har doim ma'lum bir so'z talaffuz qilinganda yoki ma'lum bir ohang yoki shovqin paydo bo'lganda, tovush to'lqini emissiyasi sensorning tebranishiga olib keladi. Bu energiya keyin a hosil qilish uchun etarli bo'ladi kichik elektr impulslari bu o'chirilgan elektron qurilmani yoqadi.

Prototip Tsyurix kantonidagi Dyubendorfda ishlab chiqilgan so‘zlarni ajrata oladi "uch" va "to'rt" deb ayting: "To'rt" so'zi "uch" so'zidan ko'ra sensor bilan rezonanslashadigan ko'proq ovoz energiyasiga ega bo'lgani uchun u sensorni tebranadi, "uch" esa yo'q.

Bu shuni anglatadiki, olimlar tushuntirishlaricha, "to'rt" so'zi qurilmani yoqish yoki keyingi jarayonlarni boshlash uchun ishlatilishi mumkin, "uch" deganda hech narsa bo'lmaydi.

Sun'iy intellekt va avtonom haydash: avtosport qorong'uda ishlaydi
Suv, o't va insoniyat: sun'iy intellektning kognitiv chegaralari

Serra-Garsiya: 2027 yilgacha mustahkam prototip

Sensorning yangi variantlari, tadqiqotchilarning tushuntirishicha, ajrata olishi kerak o'n ikki xil so'zgacha va ular kaft o'lchamidagi patentlangan prototipdan ancha kichikroq bo'ladi: olimlar tushuntirganidek, maqsad: miniatyura qilish texnologiya.

i uchun potentsial foydalanish holatlari inqilobiy batareyasiz sensorlar ni o'z ichiga oladi zilzila va qurilish monitoringi: Ular to'lqin energiyasini qayd qilish yoki betonda yoriq paydo bo'lishini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.

Monitoringga ham qiziqish bor tashlab ketilgan neft quduqlari, tadqiqot mualliflarini tushuntiring: quduqlardan chiqadigan gaz o'ziga xos hushtak hosil qiladi va bu turdagi sensor uni doimiy ravishda elektr energiyasini iste'mol qilmasdan aniqlay oladi.

Serra-Garsiya shuningdek, mollardagi ilovalarni ko'radi tibbiy asboblar, har 12 soatda almashtirilishi kerak bo'lgan juda kichik batareyalar orqali signalni qayta ishlash uchun doimiy quvvat manbai talab qiladigan koxlear implantlar kabi.

"Sanoatda ham nol energiyali datchiklarga qiziqish katta", - deya qo'shimcha qiladi Serra-Garsiya, hozirda Gollandiyadagi AMOLFda ishlaydi.

Uning jamoasining maqsadi 2027 yilgacha mustahkam prototipni ishga tushiring: "Agar shu vaqtgacha biz hech kimning qiziqishini o'ziga jalb qila olmasak " tadqiqotchi xulosa qiladi, “Biz o'z startapimizni topishimiz mumkin edi".

2024 yil yetmish yillik CERN va innovatsiyalar bilan nishonlanadi
WSense, narsalar interneti dengiz tubiga mana shunday etib boradi