I sensori in generale, sia che monitorano infrastrutture come ponti o edifici, o che vengono utilizzati in dispositivi medici, come le protesi per non udenti, richiedono una fornitura di energia costante. L'energia proviene solitamente dalle batterie, che vengono sostituite non appena sono scariche, creando un enorme problema di rifiuti. Quindi, i ricercatori guidati da Marc Serra-​Garcia e dal professore di geofisica dell’ETH Johan Robertsson, hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore meccanico che reagisce a determinate onde sonore e che, inoltre, potrebbe fornire una soluzione ai tali rifiuti.

“Il sensore funziona in modo puramente meccanico e non richiede una fonte di energia esterna. Utilizza semplicemente l’energia vibrazionale contenuta nelle onde sonore”, afferma Robertsson.

Ogni volta che viene pronunciata una determinata parola o viene generato un tono o un rumore particolare, le onde sonore emesse – e solo queste – fanno vibrare il sensore. Questa energia è quindi sufficiente per generare un minuscolo impulso elettrico che accende un dispositivo elettronico spento.

Il sensore è il cosiddetto metamateriale: non è il materiale utilizzato a conferire al sensore le sue proprietà speciali, ma piuttosto la struttura. “Il nostro sensore è costituito esclusivamente da silicone e non contiene né metalli pesanti tossici né terre rare, come fanno i sensori elettronici convenzionali”, afferma uno dei ricercatori.

Il sensore è composto da decine di piastre identiche o strutturate in modo simile, collegate tra loro tramite minuscole barre. Queste barre di collegamento agiscono come molle. I ricercatori hanno utilizzato modelli computerizzati e algoritmi per sviluppare il design speciale di queste piastre microstrutturate e capire come collegarle tra loro. Sono le molle che determinano se una particolare sorgente sonora mette in movimento o meno il sensore.

I potenziali casi d'uso per questi sensori senza batteria includono il monitoraggio dei terremoti o degli edifici. Potrebbero, ad esempio, registrare quando in un edificio si sviluppa una crepa che ha il giusto suono o l’energia delle onde. C’è interesse per il monitoraggio dei pozzi petroliferi dismessi. Il gas può fuoriuscire dalle perdite nei pozzi producendo un caratteristico sibilo. Un sensore meccanico di questo tipo potrebbe rilevare questo sibilo e attivare un allarme senza consumare costantemente elettricità, rendendolo molto più economico e richiedendo molta meno manutenzione. Inoltre, nuovi sensori potrebbero essere utilizzati nei dispositivi medici, come gli impianti cocleari o anche per la misurazione continua della pressione oculare.

I ricercatori mirano di lanciare un prototipo solido entro il 2027.