Dieser batterielose Sound-Sensor könnte an Orten zum Einsatz kommen, an denen kein Platz für eine Batterie ist – etwa im Auge. (Foto: Astrid Robertsson / ETH Zurich)
Ein neuartiger Sound-Sensor aus Silikon kann sich über Schallwellen mit Energie versorgen. Damit könnten Millionen von Batterien eingespart werden, die bei seinen elektronischen Geschwistern für Leistung sorgen. Der rein mechanische Sensor kann bestimmte Geräusche erkennen und sogar einzelne Wörter unterscheiden.
Seine Entwickler aus dem Robertsson-Labor im Switzerland Innovation Park Zürich halten die Konstruktionsweise außerdem für besonders umweltfreundlich. Sie haben das Bauteil in der Zeitschrift „Advanced Functional Materials“ vorgestellt.
Das Geheimnis: Phononische Metamaterialien
Die Verfasser, die zum Teil aus der ETH Zürich stammen, schreiben: „Phononische Metamaterialien haben eine verschwindend geringe Verlustleistung und sind daher ein erstklassiger Kandidat für umweltfreundliche, ständig aktive Computer.“
Der Sensor stammt aus einem solchen Material, bei dem die Struktur und nicht die verwendeten Werkstoffe ausschlaggebend sind. Das Ziel: künstliche Intelligenz mit minimalem Stromverbrauch.
Mithilfe von Computermodellen haben die Forscher die mikrostrukturierten Platten aus Silikon designt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren braucht man weder giftige Schwermetalle noch seltene Erden dazu, so die Designer.
Batterielose Sensoren zur Gebäude- und Geländeüberwachung
Die Platten sind über Miniatur-Stege miteinander verbunden, die wie Federn wirken. Sie bestimmen darüber, ob eine bestimmte Bewegung in Gang gesetzt wird.
Anwendungsfälle bestehen etwa in der Erdbebenüberwachung, der Kontrolle von stillgelegten Bohrtürmen oder von Brücken. Die Sensoren könnten zum Beispiel zum Aufspüren von Gaslecks verwendet werden, indem sie das Zischen „hören“, das davon ausgeht.
Drucksensoren ohne Strom: Medizinische Anwendung im Auge
Auf der Seite der ETH Zürich sagte der Forschungsleiter Marc Serra-Garcia, er könne sich auch in der Medizin Anwendungsfälle vorstellen. Prothesen für Gehörlose müssen etwa häufig aufgeladen werden, weil die Batterien sehr klein sein müssen.
Im Auge könnte man den Innendruck erfassen. Dort sei nicht genug Platz für einen Sensor mit einer Batterie, so Serra-Garcia.
Prototyp von Null-Energie-Sensoren bis 2027
Auch in der Industrie gebe es Interesse, sagte der Wissenschaftler. Bis 2027 wollen er und das Team einen „soliden Prototyp“ der mechanischen Sensoren präsentieren. Sollte bis dahin kein industrieller Partner gefunden sein, „gründen wir vielleicht unser eigenes Startup“, prophezeit Serra-Garcia.
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