So lassen sich Millionen von Batterien sparen

Laut ETH Zürich reagiert der Sensor (Bild) auf bestimmte Schallwellen und wird dadurch in Schwingung versetzt. Als solcher könnte er zur Überwachung von Bauten, Erdbeben oder medizinischen Geräten eingesetzt werden und somit Millionen von Batterien einsparen.

ETH-Blogger Peter Rüegg verriet im News-Portal der Hochschule, wie dies funktionieren könnte. Hier einige Auszüge aus seinem Beitrag:

Eine EU-​Studie geht davon aus, dass im Jahr 2025 täglich 78 Millionen Batterien im Müll landen werden. Abhilfe schaffen könnte nun ein neuartiger mechanischer Sensor, den Forscher um Marc Serra-​Garcia und ETH-​Geophysikprofessor Johan Robertsson entwickelt haben.

«Der Sensor funktioniert rein mechanisch und braucht keine externe Energiequelle. Er nutzt lediglich die Schwingungsenergie, die in Schallwellen enthalten ist», sagt Johan Robertsson.  Spricht man ein bestimmtes Wort oder erklingt ein Ton oder ein Geräusch, versetzen die davon ausgehenden Schallwellen – und nur diese – den Sensor in Schwingung. Diese Energie reicht dann aus, um einen winzigen elektrischen Impuls zu generieren, der ein ausgeschaltetes elektronisches Gerät anschaltet.

Der Prototyp, den die Forschenden in Robertssons Labor im Innovationspark Dübendorf entwickelt haben, ist bereits patentiert. Er kann unterscheiden zwischen den gesprochenen Wörtern «three» und «four». Das Wort «four» hat mehr Schallenergie als das Wort «drei», die den Sensor in Resonanzschwingungen versetzt. Dadurch beginnt der Sensor zu vibrieren. Das Wort drei hingegen erzeugt keine Resonanz im Sensor. Das Wort «four» könnte also ein Gerät anschalten oder weitere Prozesse auslösen. Bei «three» würde nichts geschehen.

Neuere Varianten des Sensors sollen bis zu zwölf verschiedene Wörter unterscheiden können, wie Standardmaschinenbefehle wie «on», «off», «up» oder «down». Zudem sind sie viel kleiner als der Prototyp: War dieser noch handtellergross, so sind die neuen etwa so gross wie ein Daumennagel, und die Forschenden streben eine weitere Miniaturisierung an.

Anwendungen

Einsetzen kann man die batterielosen Sensoren zum Beispiel in der Erdbeben-​ oder Gebäudeüberwachung. Der Sensor könnte unter anderem registrieren, wenn ein Gebäude einen Riss bekommt, der die richtige Schall-​ beziehungsweise Wellenenergie hat.

Auch beim Monitoring stillgelegter Ölbohrungen besteht ein Interesse an batterielosen Sensoren. Aus undichten Stellen bei Bohrungen kann Gas entweichen, was ein charakteristisches Zischen erzeugt. Ein solcher mechanischer Sensor könnte dieses Zischen wahrnehmen und Alarm auslösen, ohne dauernd Strom zu konsumieren. Das wäre im Unterhalt der Anlagen bedeutend wartungsärmer und billiger.

Serra-​Garcia sieht darüber hinaus Anwendungen in medizinischen Geräten, etwa in Gehörschnecke-​Implantaten. Diese Prothesen für Gehörlose brauchen für die Signalverarbeitung dauerhafte Stromzufuhr aus Batterien, die hinter dem Ohr sitzen, wo kein Platz für grosse Batteriepakete ist. Die die Träger:innen solcher Geräte müssen deshalb die Batterien alle 12 Stunden auswechseln. Auch zur dauernden Messung des Augendrucks könnten solche Sensoren gebraucht werden. «Für einen Sensor mit Batterie ist im Auge zu wenig Platz», so der Forscher.