随着5G和AI技术的发展，自供能声学传感器受到广泛关注。新冠病毒的全球蔓延，进一步加剧了对自供能声学传感器的需求，通过部署非接触式语音传感系统，严格控制公共场所的接触式传播，将有效减轻疾病传播的风险。与传统声学传感器相比，压电声学传感器解决了低灵敏度和窄频带的问题，但压电材料制造工艺复杂、成本高昂，且灵敏度等性能指标难以进一步提升。声学超材料作为一种人工材料，能够突破传统材料固有特性的限制，有效地调制声波。将声学超材料与压电材料相结合，有望实现高灵敏度声传感。

　　来自上海交通大学的研究团队设计了一种基于声学超材料和亥姆霍兹(Helmholtz)共振结构的自供能声学传感器，具有高灵敏度，适用于中低频声音的传感，可满足小型传感器的自供能需求。该项研究为新型声学传感器的设计提供了思路。相关研究成果已发表于《机械科学与技术》期刊。

　　该项研究中，具有缺陷的局域共振声学超材料能够将声音聚焦在缺陷位置处，通过在声学超材料缺陷处加入了Helmholtz共振腔来放大缺陷位置处的声波，贴在缺陷位置处的压电材料将声音振动转化为电压输出。

　　研究人员对比分析了基于Helmholtz谐振器的声学超材料传感器和仅基于局部缺陷的声学超材料传感器的性能差异。AMS的声压放大原理为声学超材料板缺陷聚焦，AMHS的声压放大原理为声波通过声学超材料板聚焦在缺陷位置后，再通过Helmholtz谐振器二次放大。

　　试验结果表明，加入Helmholtz谐振器的优化设计能将聚焦在声学超材料缺陷处的能量进一步放大，使其传感性能更加优越，传输比超过40mV/Pa。此外，Helmholtz谐振器能够有效提升传感器的灵敏度和信噪比，与AMS相比，AMHS输出性能更加稳定，呈现较高的线性度，平均灵敏度达到19mV/Pa，信噪比为43dBV，在大声压范围内的共振能力更强，适用于中低频声音的传感。

　　综合而言，具有缺陷的声学超材料能够聚焦声能，而Helmholtz谐振器能将聚焦在声学超材料缺陷处的能量进一步放大，有效提升传感器性能。该项研究为声学传感器的设计提供了新的思路，通过采集并聚焦环境声能以满足自供能传感器的基本需求，未来有望进一步赋能新型物联网。