Sensor Bertenaga Suara Baru yang Mengubah Permainan Dapat Menghemat Jutaan Baterai
Sensor mekanis baru yang dikembangkan oleh tim yang dipimpin oleh Marc Serra-Garcia dan Johan Robertsson memanfaatkan getaran suara untuk menghasilkan tenaga, sehingga menghilangkan kebutuhan akan baterai. Sensor serbaguna dan ramah lingkungan ini, terbuat dari silikon, dapat mengenali suara spesifik untuk aplikasi di bidang infrastruktur, perangkat medis, dan industri. Di atas adalah prototipe sensor suara. Kredit: Astrid Robertsson / ETH Zurich
Sensor yang digunakan dalam pemantauan infrastruktur seperti jembatan dan bangunan, atau pada perangkat medis seperti prostesis untuk tunarungu, memerlukan sumber listrik yang berkelanjutan. Biasanya, daya ini disuplai oleh baterai, yang akan dibuang dan diganti jika sudah habis, sehingga menimbulkan masalah limbah yang sangat besar.
Sebuah studi di Uni Eropa memperkirakan bahwa pada tahun 2025, 78 juta baterai akan berakhir di sampah setiap hari.
Sensor mekanis jenis baru, yang dikembangkan oleh peneliti yang dipimpin oleh Marc Serra-Garcia dan profesor geofisika ETH Johan Robertsson, kini dapat memberikan solusi. Penciptanya telah mengajukan paten atas penemuan mereka dan kini telah mempresentasikan prinsipnya dalam jurnal Bahan Fungsional Tingkat Lanjut.
Gelombang suara tertentu menyebabkan sensor bergetar
“Sensor ini bekerja murni secara mekanis dan tidak memerlukan sumber energi eksternal. Ini hanya memanfaatkan energi getaran yang terkandung dalam gelombang suara,” kata Robertsson.
Setiap kali kata tertentu diucapkan atau nada atau kebisingan tertentu dihasilkan, gelombang suara yang dipancarkan – dan hanya gelombang suara ini – menyebabkan sensor bergetar. Energi ini kemudian cukup untuk menghasilkan pulsa listrik kecil yang menghidupkan perangkat elektronik yang telah dimatikan.
Prototipe yang dikembangkan para peneliti di laboratorium Robertsson di Swiss Innovation Park Zurich di Dübendorf telah dipatenkan. Ia dapat membedakan antara kata yang diucapkan “tiga” dan “empat”. Karena kata “empat” memiliki lebih banyak energi suara yang beresonansi dengan sensor dibandingkan dengan kata “tiga”, maka menyebabkan sensor bergetar, sedangkan “tiga” tidak. Artinya, kata “empat” dapat menghidupkan perangkat atau memicu proses lebih lanjut. Tidak ada yang akan terjadi dengan “tiga”.
Varian sensor yang lebih baru harus mampu membedakan hingga dua belas kata yang berbeda, seperti perintah mesin standar seperti “on”, “off”, “up”, dan “down”. Dibandingkan dengan prototipe seukuran telapak tangan, versi baru ini juga jauh lebih kecil – kira-kira seukuran thumbnail – dan para peneliti bertujuan untuk memperkecilnya lebih lanjut.
Metamaterial tanpa zat bermasalah
Sensor inilah yang dikenal sebagai metamaterial: bukan bahan yang digunakan yang memberikan sifat khusus pada sensor, melainkan strukturnya. “Sensor kami murni terbuat dari silikon dan tidak mengandung logam berat beracun maupun unsur tanah jarang, seperti halnya sensor elektronik konvensional,” kata Serra-Garcia.
Sensor tersebut terdiri dari lusinan pelat identik atau berstruktur serupa yang dihubungkan satu sama lain melalui batang kecil. Batang penghubung ini berfungsi seperti pegas. Para peneliti menggunakan pemodelan komputer dan algoritma untuk mengembangkan desain khusus pelat berstruktur mikro ini dan mencari cara untuk menempelkannya satu sama lain. Pegas inilah yang menentukan apakah sumber suara tertentu menggerakkan sensor atau tidak.
Pemantauan infrastruktur
Kasus penggunaan potensial untuk sensor bebas baterai ini mencakup pemantauan gempa bumi atau bangunan. Misalnya, mereka dapat mencatat ketika sebuah bangunan mengalami retakan yang memiliki energi suara atau gelombang yang tepat.
Ada juga minat terhadap sensor bebas baterai untuk memantau sumur minyak yang dinonaktifkan. Gas dapat keluar dari kebocoran lubang bor, menghasilkan suara mendesis yang khas. Sensor mekanis seperti itu dapat mendeteksi desisan ini dan memicu alarm tanpa terus-menerus mengonsumsi listrik – sehingga jauh lebih murah dan memerlukan lebih sedikit perawatan.
Sensor untuk implan medis
Serra-Garcia juga melihat penerapannya pada perangkat medis, seperti implan koklea. Prostesis untuk tunarungu ini memerlukan catu daya permanen untuk pemrosesan sinyal dari baterai. Catu dayanya terletak di belakang telinga, sehingga tidak ada ruang untuk baterai berukuran besar. Artinya, pemakai perangkat tersebut harus mengganti baterainya setiap dua belas jam. Sensor baru juga dapat digunakan untuk pengukuran tekanan mata secara terus menerus. “Tidak ada cukup ruang di mata untuk sensor dengan baterai,” katanya.
“Ada juga minat yang besar terhadap sensor tanpa energi di industri,” Serra-Garcia menambahkan. Dia tidak lagi bekerja di ETH tetapi di AMOLF, sebuah lembaga penelitian publik di Belanda, tempat dia dan timnya menyempurnakan sensor mekanis. Tujuan mereka adalah meluncurkan prototipe yang solid pada tahun 2027. “Jika kami belum berhasil menarik minat siapa pun pada saat itu, kami mungkin akan mendirikan perusahaan rintisan kami sendiri.”
Referensi: “Klasifikasi Ucapan Pasif Dalam Sensor dengan Phononic Metamaterials” oleh Tena Dubček, Daniel Moreno-Garcia, Thomas Haag, Parisa Omidvar, Henrik R. Thomsen, Theodor S. Becker, Lars Gebraad, Christoph Bärlocher, Fredrik Andersson, Sebastian D. Huber, Dirk-Jan van Manen, Luis Guillermo Villanueva, Johan OA Robertsson dan Marc Serra-Garcia, 09 Januari 2024, Bahan Fungsional Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1002/adfm.202311877
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
