Triển vọng dùng âm thanh cấp năng lượng, kết thúc 'kỷ nguyên' của pin

Ngày nay, cảm biến hiện diện ở mọi lĩnh vực, từ thiết bị y tế đến ứng dụng phát hiện động đất. Chúng đều cần pin di động nhỏ để duy trì hoạt động và tùy thuộc mức tiêu thụ năng lượng mà phải thay pin sau một khoảng thời gian nhất định.

Số pin trên “tiếp tay” làm tăng lượng rác thải điện tử. Liên minh châu Âu (EU) ước tính sẽ có tới 78 triệu viên pin dùng một lần thải ra vào năm 2025. Để tránh kịch bản này giới khoa học đang nỗ lực tìm cách thức cung cấp năng lượng thay thế và đội ngũ ETH nhận thấy âm thanh là phương án tiềm năng.

Theo Giáo sư địa vật lý ETH Johan Robertson, cảm biến họ phát minh nhận năng lượng rung động của sóng âm. Năng lượng làm cảm biến rung sản sinh điện cấp cho thiết bị. Cảm biến không cần sóng âm đặc biệt gì mà có thể tận dụng bất cứ âm thanh hay tiếng ồn nào.

Để tránh tình trạng sạc quá mức, đội ngũ nghiên cứu dùng đến mô hình máy tính cùng thuật toán xây dựng một cấu trúc đặc biệt gồm nhiều mảnh nhỏ giống hệt nhau kết nối bằng thanh nhỏ. Chính thanh nhỏ quyết định âm thanh có làm cảm biến rung hay không. Nguyên mẫu cảm biến sản sinh điện khi từ “four” (số 4) được thốt lên, khi phát ra từ “three” (số 3) nó không sinh điện.

Cảm biến được tạo ra từ công nghệ nêu trên được gọi là siêu vật liệu (metamaterial) với tính chất phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn là thành phần cấu tạo. Phát minh của ETH hoàn toàn bằng silicone, không chứa kim loại nặng hay đất hiếm như cảm biến thông thường. Dự kiến các biến thể mới sẽ sản sinh điện với 12 từ khác nhau, đội ngũ nghiên cứu đang cố thu nhỏ kích thước cảm biến hơn nữa.

Do không tiêu thụ điện liên tục nên phát minh của ETH có chi phí bảo dưỡng thấp hơn. Chúng có thể phục vụ công tác giám sát công trình trong động đất, nếu công trình xuất hiện vết nứt tạo ra âm thanh điển hình thì báo động cảm biến sẽ kêu. Giám sát giếng dầu ngừng hoạt động cũng là một ứng dụng triển vọng khác, khí rò rỉ từ giếng sẽ phát tiếng rít dài mà cảm biến có thể phát hiện.