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30 Jan, 2024

Un capteur sans pile qui exploite la puissance de la parole

Un capteur sans pile qui exploite la puissance de la parole

Le capteur sensible au son ne nécessite aucune source d’énergie externe et est activé par les ondes sonores produites par certains bruits

Des chercheurs ont mis au point un capteur sans pile qui réagit aux ondes sonores, telles que certains mots prononcés, en produisant suffisamment d’énergie vibratoire pour alimenter un appareil électronique. Ce nouveau capteur permettrait non seulement de réduire les déchets de piles, mais aussi d’alimenter des appareils médicaux tels que les implants cochléaires ou de surveiller les bâtiments pour détecter les défauts.

Nous dépendons des piles pour alimenter de nombreux objets que nous utilisons quotidiennement, qu’il s’agisse de smartphones, de jouets, de télécommandes ou de lampes de poche. Par conséquent, 15 milliards de piles sont jetées chaque année dans le monde, dont une grande partie dans les décharges.

Pour certains appareils, jeter des piles pourrait bientôt appartenir au passé grâce à des chercheurs de l’ETH Zurich qui ont mis au point un capteur qui n’a besoin de rien d’autre pour fonctionner que du son.

« Le capteur fonctionne de manière purement mécanique et ne nécessite pas de source d’énergie externe », explique Johan Robertsson, l’un des coauteurs de l’étude. Il utilise simplement l’énergie vibratoire contenue dans les ondes sonores ».

Mais seulement certaines ondes sonores. Le capteur mis au point par les chercheurs est doté d’un système passif de reconnaissance vocale et s’active dès qu’un certain mot est prononcé ou qu’une tonalité ou un bruit particulier est généré. Les ondes sonores émises – et pas d’autres – font vibrer le capteur suffisamment pour qu’il génère une minuscule impulsion électrique qui met en marche un appareil électronique.

Le prototype de capteur pouvait faire la distinction entre les mots « three » (trois) et « four » (quatre). Le mot « four » produisant plus d’énergie sonore que le mot « three », il fait vibrer le capteur, ce qui met en marche un appareil ou déclenche un processus ultérieur, alors que prononcer le mot « trois » n’a eu aucun effet.

Les plaques vibrantes d’un réseau de métamatériaux reliées par des barres réagissent sélectivement aux ondes sonores

Le capteur est un métamatériau, c’est-à-dire un matériau conçu pour présenter une propriété rarement observée dans la nature.

« Notre capteur est constitué uniquement de silicium et ne contient ni métaux lourds toxiques ni terres rares, comme les capteurs électroniques conventionnels », explique Marc Serra-Garcia, co-auteur de la correspondance.

Cependant, le capteur acquiert ses propriétés de reconnaissance vocale grâce à sa structure plutôt qu’à sa composition. À l’aide de la modélisation informatique et d’algorithmes, les chercheurs ont conçu la structure de leur capteur en utilisant un réseau de plaques de silicium identiques (résonateurs) reliées par de minuscules barres qui agissent comme des ressorts. Ce sont les ressorts qui déterminent si un son particulier met le capteur en mouvement.

Les chercheurs entrevoient de nombreuses applications potentielles pour leur capteur sans pile et alimenté par le son. Il pourrait être utilisé pour surveiller les tremblements de terre et les bâtiments, en enregistrant un son particulier provenant de la fissuration des fondations d’un bâtiment, par exemple. Il pourrait également détecter le sifflement provoqué par une fuite de gaz et déclencher une alarme.

Les chercheurs affirment que le capteur pourrait également avoir des applications médicales, notamment pour les personnes portant des implants cochléaires pour la surdité ou la perte d’audition. Actuellement, chaque implant nécessite deux ou trois piles, selon le type de processeur de son utilisé. Les piles jetables ont une durée de vie de 30 à 60 heures et doivent être remplacées fréquemment, ce qui varie en fonction du type d’activité de la personne.

Le nouveau capteur pourrait également être utilisé pour mesurer en continu la pression oculaire.

« Il n’y a pas assez d’espace dans l’œil pour un capteur avec une pile », a expliqué Marc Serra-Garcia. « Les capteurs à énergie zéro suscitent également beaucoup d’intérêt dans l’industrie.

Les chercheurs ont pour objectif de mettre au point un prototype de capteur solide d’ici 2027. Les nouvelles versions devraient pouvoir distinguer jusqu’à 12 mots différents, y compris des commandes standard telles que « on », « off », « up » et « down ». Par rapport au prototype de la taille d’une paume de main, les chercheurs prévoient que les nouvelles versions auront la taille d’un ongle de pouce, voire moins.

« Si nous ne parvenons pas à susciter l’intérêt de quiconque d’ici là, nous pourrions fonder notre propre start-up », conclut Marc Serra-Garcia.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202311877

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/01/sound-powered-sensors-stand-to-save-millions-of-batteries.html