研究人员开发出一种无需电池的微型金属标签，可作为低成本的智能家居传感器。当门或抽屉等物体被移动时，标签会发出人耳听不见的独特超声波“指纹”，由附近的穿戴设备识别并记录活动。这项技术因其低成本、高隐私性和简易性而备受关注，可应用于家庭活动监测、老年人照护和健身追踪等多个领域。
一种无需电池的传感技术
大多数智能家居设备都需要插入电源、充电或更换电池。佐治亚理工学院的研究人员提出了一种替代方案：一种无需电池、成本仅几美分、比一美分硬币还小的金属标签。
这些标签可以被安装在门框或柜子上。当门或抽屉被打开时，一个小的触发片会撞击金属标签，使其发出短暂的超声波脉冲。这个声音虽然人耳听不到，但可以被附近的穿戴设备（如智能手表）检测到，从而记录下这次活动。
这种独特的指纹可用于智能家居传感，也就是我们所说的“活动识别”。
独特设计与核心优势
每个标签的独特之处在于其物理形状。通过在金属盘片上设计不同的切口，研究人员可以改变其振动时产生的声音频率。这意味着每个标签都能发出一个独一无二的超声波信号。
这项技术具有几个显著的优点：
- 无需电源： 标签通过物理撞击产生能量，完全 不需要电池 或外部供电。
- 极低成本： 每个标签的成本仅为几美分。
- 保障隐私： 超声波信号的传播距离很短（约一米），因此只有附近的设备才能接收到。这使得活动监测具有 天然的隐私性，不会被远处的设备或邻居无意中捕获。
- 运行简单： 系统不依赖复杂的机器学习算法来识别信号，而是使用简单的硬编码规则，从而降低了计算和功耗需求。
- 不受噪音干扰： 由于信号处于超声波频段，即使在嘈杂的环境中也能被清晰地识别出来。
广泛的应用场景
研究人员已经设想了多种应用场景，社区也提出了更多创意。
- 家庭活动监测： 记录门的开关、抽屉的使用，或监测用水量。
- 老年人照护： 将标签贴在马桶盖上，可以提醒护工注意可能需要帮助的老年人。
- 健身追踪： 附在健身器材上，可以自动计算深蹲或推举的次数。
- 仓储与物流： 在大型档案系统或仓库中，可以追踪箱子的存取，或在废物管理系统中追踪成千上万个垃圾箱的位置。
背后的科学与设计
这项技术的实现得益于工程学和计算机科学的结合。研究团队创建了一个建模和仿真工具，专门用于设计能产生特定超声波频率的金属标签。通过仿真，他们已经设计出近 1300 种 可以产生可区分频率的方案。
团队负责人表示，随着设计的进一步优化，可用的标签数量可以轻松达到数千个，因为超声波的频率范围非常广阔。