Ученые создали датчики для умного дома, работающие без электричества и батареек

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали пассивные датчики движения и контакта, которые функционируют исключительно за счет звука. Устройствам не требуются электроника, провода или аккумуляторы. Датчики представляют собой миниатюрные металлические метки особой формы, каждая из которых при физическом контакте издает уникальный ультразвуковой сигнал. По размеру они меньше двухкопеечной монеты (около 1,8 сантиметра в диаметре), а их себестоимость составляет всего несколько центов.

Принцип работы акустических меток

Большинство современных сенсоров для умного дома ограничены в размерах и местах установки из-за необходимости питания. Проводные модели привязаны к розеткам, а беспроводные требуют регулярной замены батареек или подзарядки. Инженеры нашли решение в области акустики, превратив обычные металлические кольца в высокоточные передатчики сигнала.

Физика изобретения основана на свойстве металлов издавать специфический звук при ударе. С помощью специализированного программного обеспечения исследователи смоделировали более тысячи вариантов геометрии колец. Каждая форма имеет уникальные насечки на внешней стороне, которые при вибрации создают определенную ультразвуковую частоту — своеобразный акустический «отпечаток пальца».

Система состоит из трех элементов:

• металлической метки;
• пластикового основания;
• небольшого пластикового ударного язычка.

Когда две поверхности соприкасаются — например, при закрытии двери — язычок ударяет по метке. Микрофон на смартфоне или умных часах пользователя улавливает этот звук, а программное обеспечение мгновенно определяет, какой именно датчик сработал.

Практическое применение и возможности

В обзоре технологии отмечается, что метки сохраняют высокую четкость сигнала даже в шумной обстановке. Это позволяет использовать их для распознавания самых разных действий в быту и промышленности. Например, установив метку на дверную раму, а язычок на саму дверь, можно получать уведомления об открытии входа. Аналогичные схемы применимы для окон, выдвижных ящиков, крышек унитазов или водопроводных кранов.

По словам руководителя исследовательской группы Ибо Фу, технология вызвала большой интерес у экспертов. В качестве перспективных направлений использования выделяют:

• автоматизацию архивных систем и крупных складов для отслеживания перемещения коробок;
• учет опустошения мусорных контейнеров в городских системах ЖКХ;
• мониторинг выполнения упражнений в спортзалах (подсчет повторений на тренажерах).

Экологичность и перспективы

Несмотря на техническую простоту, такие датчики крайне практичны. Они могут бесперебойно работать десятилетиями, не требуя обслуживания. Использование подобных сетей в масштабах целых зданий или городской инфраструктуры позволит существенно сократить количество электронных отходов и потребление электроэнергии, так как отпадает необходимость в миллионах литиевых батареек. Подробные результаты исследования были опубликованы в научном журнале Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.