Combinația micro-putere anunță o revoluție senzorială

putere

17 septembrie 2011 13:08

Rețelele de senzori fără fir pot controla totul, de la mașini din fabrică la poluarea mediului, până la monitorizarea vibrațiilor de pe poduri și clădiri. Amplasate în locații îndepărtate, dar lucrând împreună și simultan, senzorii pot monitoriza funcționarea conductelor de petrol, mișcarea animalelor în pădure etc. - urmărirea simultană a diferitelor variabile.

Dar există un factor limitativ pentru penetrarea și mai largă a acestei tehnologii - energia. Chiar și cu îmbunătățirile introduse, senzorii trebuie încă reîncărcați. Aceasta devine o problemă serioasă pentru zonele mai îndepărtate, precum și pentru site-urile în care sunt instalate mii de senzori.

Cercetătorii încearcă să o rezolve prin construirea unor senzori care utilizează energia surselor naturale - vibrațiile de la podurile oscilante, mașinile de lucru, chiar și pașii pietonilor, explică portalul științific ScieneDaily. În acest fel, nevoia de baterii ar putea fi complet eliminată, iar senzorii ar putea primi energie la nesfârșit.

Vestea este că oamenii de știință de la Massachusetts Institute of Technology au proiectat un nou dispozitiv de mărime monedă care „recoltează” energia din vibrațiile de joasă frecvență, precum cele de pe poduri și conducte. Mașina de recoltat putere mică, numită MEMS/sistem microelectromecanic/poate capta un registru mai larg de vibrații decât dispozitivele anterioare. Comparativ cu dispozitivele de aceeași dimensiune, energia generată este de 100 de ori mai mare.

Care este motivul acestei îmbunătățiri? Extragerea electricității din vibrațiile din mediu are loc în principal cu materiale piezoelectrice precum cuarțul și alte cristale. Aceste materiale acumulează în mod natural o sarcină electrică din stresul mecanic/piezo în greacă înseamnă împingere, stoarcere /. În ultimii ani, oamenii de știință au lucrat la utilizarea materialelor piezo pentru producția de MEMS de dimensiuni mici.

Până în prezent, designul predominant al microdispozitivelor este următorul: un microcip piezoelectric este atașat la capătul superior al unui pendul subțire. Vibrațiile pun pendulul în mișcare, se creează o tensiune în microcip, iar materialul piezoelectric generează o sarcină electrică captată de un pachet de electrozi mici.

Dar această abordare are limitări: pendulul rezonează cel mai puternic la o anumită frecvență; în afara acestei frecvențe mișcarea sa slăbește și odată cu aceasta sarcina electrică. În laborator puteți realiza orice mișcare pendulă doriți, dar în realitate vibrațiile nu sunt constante și obțineți foarte puțină energie dacă frecvența vibrațiilor este diferită decât se aștepta - explică un doctorand de la MIT, care lucrează la proiect .

Au existat încercări de a rezolva această problemă cu multe „pendule” diferite atașate la un singur cip. Dar această tactică pare destul de complicată și risipitoare. Dacă trebuie să instalați milioane de senzori, este prea scump dacă prețul unui senzor este de 10 USD, explică oamenii de știință de la celebrele laboratoare ale MIT .

Scopul a fost de a produce un dispozitiv MEMS simplu pentru mai puțin de 1 USD. Oamenii de știință au realizat acest lucru cu ajutorul unui design care mărește Registrul la vibrațiile la care răspunde „combinația energetică”. La rândul său, acest lucru a permis creșterea „densității energiei”, adică. energia generată pe centimetrul pătrat al cipului.

În loc să folosească vechiul design pendul, cercetătorii au conectat o mică structură în formă de pod la microcip, atașată la suprafața cipului la ambele capete. O greutate mică este plasată în mijloc, iar întregul dispozitiv atinge doar un singur strat de piezo.

În acest fel, pot fi utilizate nu doar o singură frecvență, ci multe frecvențe joase diferite. Testele de laborator au arătat că doar un singur strat de material piezoelectric generează 45 de microni, ceea ce este cu două ordine de mărime mai mare decât rezultatele anterioare ale dispozitivelor pendulare.

Adică problema este rezolvată. Dar există probabil spațiu de îmbunătățire până la cel puțin 100 de microni, lucru pe care e-business l-ar saluta cu căldură. Perspectivele sunt cu adevărat imense. De exemplu, cu cipuri de 100 microcip, senzorii care se atașează la conducte pot funcționa „pentru totdeauna”, vorbind între ei în mod constant și minimizând necesitatea intervenției umane.