Революционные датчики, которые могут сэкономить миллионы батарей

I датчиков медицинских устройств и устройств, используемых для мониторинга инфраструктуры, требуют постоянной энергии, которая обычно подается за счет батарей, которые должны разряжаться и заменяться: согласно недавнему исследованию Европейского Союза, к 2025 году мы преобразуем примерно 78 миллионов аккумуляторов в день.

Учитывая растущий спрос на устройства всегда наОтчасти из-за массового использования приложений глубокого обучения и искусственного интеллекта для управления и мониторинга поиск альтернативного решения для датчиков с батарейным питанием становится все более актуальной проблемой.

Очень многообещающий эксперимент в этом смысле был проведен группой исследователей из Цюрихский политехнический институт руководствуясь Марк Серра-Гарсия и профессор геофизики ETH Йохан Робертссон: команда разработала полностью пассивный механический датчик, способен выполнять задачи глубокого обучения без потребления энергии.

Робототехника, «цветовой» датчик, имитирующий чувствительность кожи
Вот как системы на базе ИИ скрывают моральные ценности…

Постоянно включенные датчики без батареек: исследование

Исследовательская группа из ETH Zurich только что опубликовала «Продвинутые функциональные материалы» исследование, описывающее функционирование совершенно новый датчик которые могут произвести революцию в мире интегрированных устройств с батарейным питанием, таких как медицинские имплантаты и интеллектуальные устройства на базе искусственного интеллекта.

I системы мониторинга устанавливается на зданиях и инфраструктуре, на медицинских приборах и подводные IoT, которые измеряют температуру и CO2 в океанских водах требовать постоянная энергия для того, чтобы функционировать. В настоящее время эта энергия в основном обеспечивается за счет аккумулятор которые, согласно недавнему исследованию ЕС, длятся в среднем два года (или меньше).

По данным исследовательского проекта расследование ПОЗВОЛЯЕТ, это займет годы ближайшие производство сотен миллионов батарей каждый год: если вы не будете работать над продлением Срок службы батареи, мы читаем в исследовании: «к 2025 году мы будем выбрасывать около 78 миллионов каждый день », учитывая только те, которые кормят IoT-устройства.

Продлите срок службы батареи это, конечно, решение, но есть и те, кто реализует амбициозный проект полностью исключить использование батареек для постоянно включенных интеллектуальных устройств: это случай команды исследователей ETH под руководством Марк Серра-Гарсия e Йохан Робертссон, которая недавно разработала (и запатентовала) первый пассивный фононный датчик, способный выполнять задачи машинного обучения.

«Умные» контактные линзы для исследования нового мира
Святой Грааль зеленой химии: нетоксичные фторхимикаты

Фононный датчик, механическая нейронная сеть

Il фононный датчик разработанный исследователями ETH, представляет собой сложный механический калькулятор, способный активировать и распознавать звуки аналоговым и полностью пассивным способом благодаря своей особой структуре. Поэтому, объясняет Серра-Гарсия, «состоит исключительно из кремний и не содержит ни токсичных тяжелых металлов, ни редкоземельных элементов, как это делают обычные электронные датчики.».

Это механическая нейронная сеть, как описано в статье, он состоит из десятков микроструктурированные пластины идентичные или похожие, соединенные друг с другом крошечными соединительными перемычками, выполняющими функцию мягкий и связаны с богами приводы пьезоэлектрический.

Для разработки сложной конструкции микропластин (речь идет о кремниевой пластине толщиной 380 мкм) исследователи использовали компьютерные модели и алгоритмы, определяющие баланс и геометрию микроструктур метаматериала. Результатом является аналоговый компьютер способный выполнять задачи автоматическое обучение и достичь точности более 90 процентов с точки зрения двоичной классификации.

Триггерным событием, которое преобразует стимул в электрический сигнал, является звучать. Или, скорее, они являются отдельные слова произнесенное человеком: фононный сенсор, разработанный в лабораториях Швейцария Инновационный парк Цюрих Дюбендорфа не ограничивается фильтрацией звуков, а концентрируется напассивная обработка сложных событий.

Нейронная сеть, состоящая из 81 элемента, говорится в заявке на патент, способна различать отдельные слова активации (например, «три» и «четыре»).

Устойчивое развитие горнодобывающей промышленности: все более актуальная задача
Циркулярная экономика и электромобили: будущее намного ближе

Датчик нулевой мощности, который может различать слова

I умные устройства подобно шагомерам и кардиостимуляторам, задача которых заключается в обнаружении запускающее событие преобразование стимула в электрический сигнал. Однако деятельность по обнаружению требует потребления энергии, даже когда устройства находятся в режиме ожидания.

С другой стороны, механическая нейронная сеть, разработанная в ETH, может обнаруживать конкретное событие совершенно пассивно, с помощью нулевое потребление энергии.

La реакция датчика оно запускается силой входного стимула: как только событие обнаружено, реакция использует энергозатраты для питания электрической цепи: «Датчик работает чисто механически и не требует внешнего источника питания.— объясняет профессор Йохан Робертссон, —он просто использует вибрационную энергию, содержащуюся в звуковых волнах.».

Всякий раз, когда произносится определенное слово или издается определенный тон или шум, Звуковые волны излучаемые сигналы вызывают вибрацию датчика. Тогда этой энергии будет достаточно для создания крошечный электрический импульс который включает выключенное электронное устройство.

Прототип разработан в Дюбендорфе в кантоне Цюрих. может различать слова скажите «три» и «четыре»: поскольку слово «четыре» содержит больше звуковой энергии, которая резонирует с датчиком, чем слово «три», оно вызывает вибрацию датчика, а слово «три» — нет.

Это означает, объясняют ученые, что слово «четыре» можно использовать для включения устройства или запуска дальнейших процессов, а при слове «три» ничего не происходит.

Искусственный интеллект и автономное вождение: автоспорт работает в темноте
Вода, трава и человечество: когнитивные пределы искусственного интеллекта

Серра-Гарсия: надежный прототип к 2027 году

Исследователи объясняют, что новые варианты датчика должны уметь различать до двенадцати разных слов и они будут намного меньше запатентованного прототипа размером с ладонь: как объясняют ученые, цель состоит в том, чтобы миниатюризировать технологии.

Потенциальные варианты использования i революционные датчики без батареек включают мониторинг землетрясений и зданий: Их можно использовать для регистрации энергии волн или для обнаружения трещин в бетоне.

Также существует интерес к мониторингу заброшенные нефтяные скважины, поясняют авторы исследования: газ, вырывающийся из скважин, издает характерное шипение, и датчик такого типа мог бы его обнаружить, не потребляя постоянно электроэнергию.

Серра-Гарсия также видит применение в родинках медицинские приборы, такие как кохлеарные имплантаты, которым для обработки сигналов требуется постоянное питание от очень маленьких батарей, которые необходимо заменять каждые 12 часов.

Большой интерес к датчикам с нулевой энергией наблюдается и в промышленности.», — добавляет Серра-Гарсия, которая сейчас работает в AMOLF в Нидерландах.

Цель его команды – запустить надежный прототип к 2027 году"Если к тому времени нам не удастся привлечь ничьего интереса», заключает исследователь, «мы могли бы основать собственный стартап».

2024 год ознаменуется семидесятилетием ЦЕРН и инноваций
WSense: вот как Интернет вещей достигает морских глубин