科学家们在苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）研发出了一种新的能量源，能够将声波的振动转化为足够的电能来驱动设备。
这种新材料不仅能够产生少量的电流，还可以利用材料本身的机械特性来处理接收到的模拟信号。
声音识别的机械调谐
最新版的微型传感器可以识别十个不同的词语，并从中获取声音能量。例如，苏黎世联邦理工学院的研究人员观察到，像“四”和“三”这样的简单词语具有不同数量和强度的声音能量。传感器可以通过机械调谐来识别并在只有说出“四”的时候产生电流，而不是“三”。
走向常开计算
在今天的世界中，我们被许多不间断运行的计算机系统所包围，例如智能家居、手机和等待关键词和触发声音的设备。在典型的情况下，监听设备保持在睡眠模式，直到它检测到声音或视觉信号。然后设备会消耗足够的能量来解释这个信号并确定它是一个命令。虽然这个过程比持续运行需要更少的能量，但仍需消耗大量能量来进行解释。在嘈杂的环境中，背景解释模式可能会频繁激活。设计师必须降低灵敏度以避免错过真正的信号，或使用更大的电池。
零功耗技术通过在传感器材料中解释声音来解决了这个问题，并使用调谐的元物质。当声音与期望的触发器匹配时，元物质才会产生电流，消除了计算解释的需求。
苏黎世联邦理工学院开发了调谐的元物质
新的苏黎世联邦理工学院传感器由称为声子谐振器的机械振动元件组成，也可以称作机械神经网络。个体网络元素之间是相互关联的，使它们能够对特定的声音事件作出反应并识别命令词语。当正确组合的元素被激活时，设备会产生一小块电荷。
声子谐振传感器原型
每个元素类似于一个当受到共振频率时振动的微调器。这些弦以一种使其在发生非期望的声音时谐振的方式进行机械连接。然而，当发生期望的声音时，这些振动会相互补充。当足够数量的元素协调振动时，压电材料被激发，产生一块电荷，唤醒主机计算机并传递命令。该传感器和机械神经网络对声音的解释不需要外部电源。
适用于有限空间的小型应用
除了声音解释，元物质还可以检测压力和温度的模式。这在远程监测和植入式医疗设备中开辟了更多的应用。尽管这种传感器有许多潜在的用途，但它最大的好处将在尺寸小且自主可持续性至关重要的设备中得到体现。例如，眼压监测器等微型医疗传感器，在没有外部电源的情况下可以小到不会限制眼部活动，并通过机械计算方法传递信息。
共同开发者Marc Serra-Garcia已将该技术转让给荷兰科研机构AMOLF，以进一步完善传感器技术。他和他的团队希望在2027年之前向工业界提供稳定的原型。
所有图片均由苏黎世联邦理工学院提供。
相关术语定义：
– 元物质：具有非常规特性的材料，其特性源于其结构而不是化学成分。
– 声子谐振器：对特定声音频率有反应的元件。
– 压电：指材料在机械应力下产生电荷的能力。
相关链接：
– 苏黎世联邦理工学院
– AMOLF
FAQ:
Q: What is metamaterial?
A: Metamaterial is a material with unusual properties that arise from its structure rather than its chemical composition.
Q: What is phononic resonator?
A: Phononic resonator is an element that responds to a specific sound frequency.
Q: What does piezoelectric mean?
A: Piezoelectric refers to the ability of a material to generate an electric charge under mechanical stress.
The source of the article is from the blog elektrischnederland.nl