Мини-генераторы на энергии случайных колебаний
Крошечные генераторы, изобретенные в Университете Мичигана, смогли произвести из случайных, окружающих нас колебаний, количество электрической энергии, достаточное для того, чтобы привести в действие наручные часы, электронный стимулятор сердца или беспроводной датчик.
Собирающие энергию устройства, созданные в Техническом Исследовательском центре Беспроводных Интегрированных Микросистем Университета Мичигана, очень эффективны при обеспечении возобновимой электроэнергии от произвольных, непериодических колебаний. Этот тип вибрации – побочный продукт движения, например, машин на мостах, станков, работающих на фабриках, и людей, совершающих движения.
Параметрические генераторы увеличивающейся частоты (Parametric Frequency Increased Generators, PFIGs) были созданы усилиями Khalil Najafi и Tzeno Galchev.
По словам Najafi, большинство подобных устройств имеет больше ограничений в возможностях, потому что они полагаются на регулярные, предсказуемые источники энергии. “Огромное множество кинетической энергии из окружающей среды, не встречается в периодических, повторимых количествах. Энергия от движения на оживленной улице, на мосту или в туннеле, а также – от людей, идущих вверх и вниз по лестнице, например, вызывает колебания, которые не являются периодическими и происходят в низких частотах”, сказал Najafi. “Наши параметрические генераторы более эффективны в этой окружающей среде”.
Исследователи построили три опытных образца и на подходе четвертый. В двух из генераторов преобразование энергии выполнено при помощи электромагнитной индукции, в которой катушка помещена в переменное магнитное поле. Это – процесс, подобный тому, как функционируют крупноразмерные генераторы на электростанциях.
Последнее и самое маленькое устройство, объемом в один кубический сантиметр, использует пьезоэлектрический материал, который производит заряд во время нахождения под механическим напряжением. Эта версия может иметь применение в медицине в области контроля здоровья пациента. Генераторы могут привести датчики на мосту в действие, которые предупредят инспекторов о трещинах или коррозии прежде, чем человеческий глаз сможет их различить.
Новые генераторы продемонстрировали, что они могут произвести до 0.5 мВт энергии от типичных амплитуд вибрации, найденных на человеческом теле. Это – более чем достаточное количество энергии, например, для работы наручных часов, для которым требуется от 1 до 10 мкВт, или электронного стимулятора сердца, который потребляет от 10 до 50 мкВт.
“Наша главная цель заключается в реализации практического применения удалённых беспроводных датчиков и хирургически имплантируемых медицинских устройств”, сказал Galchev. “Это применения, требующие длительного срока автономности устройств, в тех случаях, когда очень дорого стоит заменить исчерпанные элементы питания или, что ещё хуже, трудно обеспечить подключение датчиков к источнику питаия”.
Батареи зачастую – это неэффективный путь привести растущее множество беспроводных датчиков, создаваемых сегодня, в действие, сказал Najafi. Очистка энергии может обеспечить больше возможностей.
“Есть фундаментальный вопрос, на который нужно ответить – как заряжать беспроводные электронные устройства, которые становятся вездесущими и в то же самое время очень эффективными” сказал Najafi. “Есть много энергии, окружающей эти системы в форме колебаний, высокой температуры, солнечной, и ветер.”
Эти генераторы могли бы также привести в действие беспроводные датчики, развернутые в зданиях, чтобы повысить их энергоэффективность, или чтобы контролировать количество токсинов или загрязнителей в общественных местах.
В настоящее время команда разработчиков работает над коммерческой реализацией новых разработок.
Если новая разработка произвела на кого-то неизгладимое впечатление, то доставка цветов – это то, что Вам нужно, чтобы отблагодарить разработчиков. Может быть, даже и в Америку доставят.
