Revolucionārie sensori, kas var ietaupīt miljoniem bateriju

I sensori medicīnisko ierīču un infrastruktūras uzraudzībā izmantoto ierīču ražošanai ir nepieciešama pastāvīga enerģija, ko parasti piegādā bateriju parki, kuriem paredzēts izlādēties un nomainīt: saskaņā ar neseno Eiropas Savienības pētījumu, līdz 2025. gadam mēs pārveidosim aptuveni 78 miljoni akumulatoru dienā.

Ņemot vērā pieaugošo pieprasījumu pēc ierīcēm vienmēr-on, daļēji tāpēc, ka kontrolei un uzraudzībai tiek plaši izmantotas dziļās mācīšanās un AI lietojumprogrammas, arvien aktuālāks jautājums ir alternatīva risinājuma atrašana ar akumulatoru darbināmiem sensoriem.

Ļoti daudzsološs eksperiments šajā ziņā nāk no pētnieku grupas no Cīrihes Politehnikums vadīts Marks Serra-Garsija un ETH ģeofizikas profesors Johans Robertsons: komanda izstrādāja a pilnīgi pasīvs mehāniskais sensors, spēj veikt dziļas mācīšanās uzdevumus, netērējot enerģiju.

Robotika, “krāsu” sensors, kas imitē ādas jutīgumu
Šādi uz AI balstītām sistēmām ir slēptas morālās vērtības…

Vienmēr ieslēgti sensori bez baterijām: pētījums

Pētnieku grupa no ETH Cīrihes tikko publicēja “Uzlaboti funkcionālie materiāli” pētījums, kurā aprakstīta a pilnīgi jauns sensors kas varētu revolucionizēt ar akumulatoru darbināmu integrēto ierīču, piemēram, medicīnisko implantu un ar AI darbināmu viedierīču, pasauli.

I uzraudzības sistēmas uzstādīts uz ēkām un infrastruktūrām, medicīnas ierīcēm un zemūdens IoT, kas mēra temperatūru un CO2 okeāna ūdeņos pieprasīt pastāvīga enerģija lai funkcionētu. Šobrīd šo enerģiju pārsvarā nodrošina akumulators kas saskaņā ar neseno ES pētījumu ilgst vidēji divus gadus (vai mazāk).

Saskaņā ar pētījuma projekta izpēti IESPĒJAS, tas prasīs nākamajos gados simtiem miljonu bateriju ražošana katru gadu: ja jūs nestrādājat, lai pagarinātu akumulatora darbības laiks, mēs lasījām pētījumā, "līdz 2025. gadam mēs katru dienu izmetīsim apmēram 78 miljonus ”, ņemot vērā tikai tos, kas baro IoT ierīces.

Pagariniet akumulatora darbības laiku tas noteikti ir risinājums, taču ir arī tie, kas īsteno ambiciozo projektu pilnībā izslēdziet bateriju izmantošanu vienmēr ieslēgtām viedajām ierīcēm: tā ir ETH pētnieku komanda, kuru vada Marks Serra-Garsija e Johans Robertsons, kas nesen izstrādāja (un patentēja) pirmo pasīvo fononisko sensoru, kas spēj veikt mašīnmācīšanās uzdevumus.

"Viedās" kontaktlēcas, lai izpētītu jaunu pasauli
Zaļās ķīmijas Svētais Grāls: fluorķīmiskās vielas bez toksicitātes

Fonona sensors, mehānisks neironu tīkls

Il fononiskais sensors ETH pētnieku izstrādātais ir sarežģīts mehānisks kalkulators, kas spēj aktivizēt un atpazīt skaņas analogā un pilnīgi pasīvā veidā, pateicoties tās īpašajai struktūrai. Tāpēc, skaidro Serra-Garsija:sastāv tikai no silīcijs un nesatur ne toksiskus smagos metālus, ne retzemju metālus, kā to dara parastie elektroniskie sensori".

Šis mehāniskais neironu tīkls, kā tas ir aprakstīts dokumentā, tas sastāv no desmitiem mikrostrukturētas plāksnes identiski vai līdzīgi, savienoti viens ar otru ar sīkiem savienojošiem stieņiem, kas darbojas kā mīksts un ir saistīti ar dieviem izpildmehānismi pjezoelektrisks.

Lai izstrādātu mikroplākšņu sarežģīto dizainu (mēs runājam par 380 µm silīcija plāksni), pētnieki izmantoja datoru modeļus un algoritmus, kas noteica metamateriāla mikrostruktūru līdzsvaru un ģeometriju. Rezultāts ir a analogais dators spēj veikt uzdevumus automātiska mācīšanās un sasniegt lielāku par 90 procentu precizitāti binārās klasifikācijas ziņā.

Izraisošais notikums, kas pārvērš stimulu elektriskā signālā, ir skaņu. Pareizāk sakot, tie ir atsevišķi vārdi ko izrunā cilvēks: fononiskais sensors, kas izstrādāts laboratorijās Šveices inovāciju parks Cīrihe Dibendorfa neaprobežojas ar skaņu filtrēšanu, bet koncentrējas uzsarežģītu notikumu pasīva apstrāde.

Patenta pieteikumā teikts, ka neironu tīkls, kas sastāv no 81 elementa, spēj atšķirt atsevišķus aktivizācijas vārdus (piemēram, “trīs” un “četri”).

Kalnrūpniecības nozares ilgtspējība: arvien aktuālāks izaicinājums
Aprites ekonomika un elektromobiļi: nākotne ir daudz tuvāka

Nulles jaudas sensors, kas spēj atšķirt vārdus

I viedierīces tāpat kā pedometriem un elektrokardiostimulatoriem ir uzdevums noteikt a izraisošs notikums pārvēršot stimulu elektriskā signālā. Tomēr noteikšanas darbība ir saistīta ar enerģijas patēriņu pat tad, ja ierīces ir gaidīšanas režīmā.

No otras puses, ETH izstrādātais mehāniskais neironu tīkls var noteikt konkrētu notikumu pilnīgi pasīvi, ar a nulles enerģijas patēriņš.

La sensora reakcija to iedarbina ievades stimula jauda: tiklīdz notikums ir atklāts, reakcija izmanto enerģijas ievadi lai darbinātu elektrisko ķēdi: "Sensors darbojas tikai mehāniski un tam nav nepieciešams ārējs barošanas avots”, skaidro profesors Johans Robertsons.tā vienkārši izmanto skaņas viļņos ietverto vibrāciju enerģiju".

Ikreiz, kad tiek izrunāts noteikts vārds vai tiek ģenerēts konkrēts tonis vai troksnis, skaņu vilnis rada sensora vibrāciju. Pēc tam šī enerģija ir pietiekama, lai radītu a niecīgs elektriskais impulss kas ieslēdz izslēgtu elektronisko ierīci.

Prototips izstrādāts Dībendorfā, Cīrihes kantonā var atšķirt vārdus sakiet “trīs” un “četri”: tā kā vārdam “četri” ir vairāk skaņas enerģijas, kas rezonē ar sensoru, nekā vārdam “trīs”, tas vibrē sensoru, bet “trīs” ne.

Zinātnieki skaidro, ka tas nozīmē, ka vārdu "četri" var izmantot, lai ieslēgtu ierīci vai aktivizētu turpmākus procesus, bet, sakot "trīs", nekas nenotiek.

Mākslīgais intelekts un autonoma braukšana: autosports darbojas tumsā
Ūdens, zāle un cilvēce: mākslīgā intelekta kognitīvās robežas

Serra-Garcia: stabils prototips līdz 2027. gadam

Pētnieki skaidro, ka jaunākiem sensora variantiem jāspēj atšķirt līdz divpadsmit dažādiem vārdiem un tie būs daudz mazāki par patentēto prototipu, kas ir plaukstas lielumā: kā skaidro zinātnieki, mērķis ir miniaturizēt tehnoloģija.

Iespējamie i revolucionāri sensori bez baterijām ietver zemestrīces un ēku monitorings: Tos var izmantot, lai reģistrētu viļņu enerģiju vai noteiktu, kad betonā veidojas plaisa.

Interese ir arī par uzraudzību pamestās naftas akas, skaidro pētījuma autori: no akām izplūstošā gāze rada raksturīgu šņākšanu, un šāda veida sensors to varētu noteikt, nepārtraukti nepatērējot elektrību.

Serra-​Garcia lieto arī dzimumzīmes medicīniskās ierīces, piemēram, kohleārie implanti, kuriem signāla apstrādei nepieciešama pastāvīga strāvas padeve, izmantojot ļoti mazas baterijas, kuras jāmaina ik pēc 12 stundām.

"Arī rūpniecībā ir liela interese par nulles enerģijas sensoriem,” piebilst Serra-Garsija, kura tagad strādā AMOLF Nīderlandē.

Viņa komandas mērķis ir laist klajā stabilu prototipu līdz 2027. gadam:"Ja līdz tam laikam neviena interesi nav izdevies piesaistīt”, secina pētnieks, “Mēs varētu dibināt paši savu start-up".

2024. gads, ko iezīmē septiņdesmit CERN un inovāciju gadi
WSense, šādi lietu internets sasniedz jūras dzīles