수백만 개의 배터리를 절약할 수 있는 혁신적인 센서

I sensori 의료 기기와 인프라 모니터링에 사용되는 기기에는 지속적인 에너지가 필요하며, 이는 일반적으로 수명이 다해 교체되는 배터리에 의해 공급됩니다. 최근 유럽 연합 연구에 따르면 2025년까지 우리는 대략적으로 변화할 것입니다. 하루에 78만 개의 어큐뮬레이터.

늘어나는 디바이스 수요를 고려하여 항상에제어 및 모니터링을 위한 딥 러닝 및 AI 애플리케이션의 대규모 사용으로 인해 배터리 구동 센서에 대한 대체 솔루션을 찾는 것이 점점 더 시급한 문제가 되었습니다.

이런 의미에서 매우 유망한 실험은 다음과 같은 연구자 그룹에서 나왔습니다. 취리히 폴리테크닉 에 의해 구동 마크 세라-가르시아 그리고 ETH 지구물리학 교수 요한 로버트슨: 팀은 완전 수동형 기계식 센서, 에너지를 소모하지 않고 딥러닝 작업을 수행할 수 있습니다.

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배터리 없이 상시 작동되는 센서: 연구

ETH Zurich의 연구 그룹이 방금 발표했습니다. “첨단 기능성 소재” 의 기능을 설명하는 연구 새로운 센서 이는 의료용 임플란트, AI 기반 스마트 장치 등 통합 배터리 구동 장치의 세계에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

I 모니터링 시스템 건물 및 인프라, 의료 기기 및 바닷물의 온도와 CO2를 측정하는 수중 IoT 필요하다 일정한 에너지 기능하기 위해서. 현재 이 에너지는 주로 다음에서 제공됩니다. 배터리 최근 EU 연구에 따르면 이는 평균 2년(또는 그 이하) 동안 지속됩니다.

연구과제 조사에 따르면 활성화, 앞으로 몇 년이 걸릴 것입니다 수억 개의 배터리 생산 매년: 기간을 연장하기 위해 노력하지 않는 경우 배터리 수명, 우리는 연구에서 다음과 같은 내용을 읽었습니다.2025년까지 우리는 매일 약 78만 개를 버릴 것입니다. ", 먹이를주는 것만 고려 사물인터넷 기기.

배터리 수명 연장 확실히 해결책이지만, 야심찬 프로젝트를 추구하는 사람들도 있습니다. 배터리 사용을 완전히 제거 항상 켜져 있는 지능형 장치의 경우: 이는 ETH 연구원 팀의 경우입니다. 마크 세라-가르시아 e 요한 로버트슨, 이는 최근 기계 학습 작업을 수행할 수 있는 최초의 수동 음성 센서를 개발(및 특허)했습니다.

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기계적 신경망인 포논 센서

Il 음파 센서 ETH 연구진이 개발한 복잡한 기계식 계산기는 활성화 및 소리를 인식하다 특정 구조 덕분에 아날로그적이고 완전히 수동적인 방식으로 작동합니다. 그러므로 세라-가르시아는 이렇게 설명한다.독점적으로 구성되어 있습니다 실리콘 기존 전자 센서처럼 독성 중금속이나 희토류를 포함하지 않습니다.".

퀘 스타 기계적 신경망, 논문에 설명된 대로 수십 개의 항목으로 구성되어 있습니다. 미세구조판 동일하거나 유사하며 다음과 같은 기능을 하는 작은 연결 막대로 서로 연결됩니다. 몰리 그리고 신들과 연결되어 있다 액추에이터 압전.

마이크로플레이트(380μm 실리콘 웨이퍼)의 복잡한 디자인을 개발하기 위해 연구원들은 메타물질의 마이크로 구조의 균형과 기하학적 구조를 정의하는 컴퓨터 모델과 알고리즘을 사용했습니다. 결과는 아날로그 컴퓨터 업무를 수행할 수 있는 자동 학습 이진 분류 측면에서 90% 이상의 정확도를 달성합니다.

자극을 전기 신호로 변환하는 트리거링 이벤트는 다음과 같습니다. suono. 아니면 오히려 그들은 한 단어 인간이 발화하는 소리: 미국의 실험실에서 개발된 음파 센서 스위스 이노베이션 파크 취리히 뒤벤도르프(Dübendorf)는 소리 필터링에만 국한되지 않고복잡한 이벤트의 수동 처리.

특허 출원서에는 81개의 요소로 구성된 신경망이 개별 활성화 단어(예: "XNUMX"과 "XNUMX")를 구별할 수 있다고 명시되어 있습니다.

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단어를 구별할 수 있는 제로파워 센서

I 스마트 장치 만보계나 심장박동기처럼 이벤트 트리거 자극을 전기 신호로 변환합니다. 그러나 감지 활동에는 장치가 대기 상태일 때에도 에너지 소비가 포함됩니다.

반면에 ETH에서 개발된 기계적 신경망은 특정 이벤트를 완전히 수동적으로 감지할 수 있습니다. 에너지 소비 제로.

La 센서 반응 이는 입력 자극의 힘에 의해 트리거됩니다. 일단 이벤트가 감지되면 반응이 나타납니다. 에너지 입력을 사용합니다 전기 회로에 전원을 공급하려면: “센서는 순수 기계적으로 작동하며 외부 전원이 필요하지 않습니다."라고 Johan Robertsson 교수는 설명합니다.단순히 음파에 포함된 진동 에너지를 사용하는 것뿐입니다.".

특정 단어가 발음되거나 특정 톤이나 소음이 발생할 때마다 음파 방출되어 센서가 진동하게 됩니다. 이 에너지는 다음을 생성하기에 충분합니다. 작은 전기 충격 꺼진 전자 장치를 켜는 것입니다.

취리히 주 뒤벤도르프에서 개발된 프로토타입 단어를 구별할 수 있다 "3" 및 "4"라고 말함: "4"라는 단어는 "3"이라는 단어보다 센서와 공명하는 소리 에너지가 더 많기 때문에 센서를 진동시키는 반면 "3"은 진동하지 않습니다.

이는 "4"라는 단어를 사용하여 장치를 켜거나 추가 프로세스를 실행할 수 있는 반면 "3"이라는 단어는 아무 일도 일어나지 않는다는 것을 의미한다고 과학자들은 설명합니다.

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Serra-Garcia: 2027년까지 견고한 프로토타입 출시

연구원들은 센서의 최신 변종은 구별할 수 있어야 한다고 설명합니다. 최대 12개의 다른 단어 그리고 그들은 손바닥만한 크기의 특허 프로토타입보다 훨씬 작을 것입니다. 학자들이 설명하듯이, 목표는 다음과 같습니다. 소형화하다 기술.

i의 잠재적인 사용 사례 혁신적인 배터리 프리 센서 포함 지진 및 건물 모니터링: 파동 에너지를 기록하거나 콘크리트에 균열이 발생하는 시기를 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

모니터링에 대한 관심도 높다. 버려진 유정, 연구 저자는 다음과 같이 설명합니다. 우물에서 빠져나가는 가스는 특징적인 쉿소리를 생성하며 이러한 유형의 센서는 지속적으로 전기를 소비하지 않고도 이를 감지할 수 있습니다.

세라-가르시아는 점에도 적용되는 것을 본다 의료 기기12시간마다 교체해야 하는 매우 작은 배터리를 통해 신호 처리를 위한 영구 전원 공급이 필요한 인공와우와 같은 장치입니다.

"업계에서도 제로에너지 센서에 대한 관심이 크다”라고 현재 네덜란드 AMOLF에서 일하고 있는 Serra-Garcia는 덧붙입니다.

그의 팀의 목표는 2027년까지 견고한 프로토타입 출시"그때까지 우리가 누구의 관심도 끌지 못했다면", 연구원은 결론을 내렸습니다. “우리는 우리만의 스타트업을 찾을 수 있었어요".

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