Jak získat energii z malých vibrací

Projektů, které počítají s napájením elektroniky např. pomocí energie lidské chůze, existuje celá řada. Co ale tam, kde je třeba využít mnohem menší mechanickou energii?

Jak získat energii z malých vibrací


Následující projekt se zaměřuje především na bezdrátové senzory, které mohou monitorovat stav ropovodů, sledovat požáry v lese, teploty, znečištění ovzduší nebo vibrace domů či mostů. Tyto senzory by bylo ideální rozmisťovat poměrně hustě. Je potřeba, aby spolu komunikovaly. Pokud bychom se museli starat o jejich napájení a neustále roznášet a měnit baterie, znamenalo by to  práci/náklady mnohonásobně převyšující cenu samotných senzorů.
Ne snad, že by tyto senzory byly nějak energeticky náročné. Na rozdíl třeba od elektroniky nošené na těle, která může využívat rozdílu teploty mezi lidským tělem a okolím nebo energie lidské chůze, se však tyto senzory vyskytují v prostředí, kde jsou gradienty velmi malé a náhodné. Jak efektivně využít energii z toho, že se most chvěje kvůli vanutí větru, průjezdu automobilu nebo průchodu člověka?
Vědci z MITu nyní v časopisu Applied Physics Letters publikovali výsledky výzkumu, podle něhož systémy založené na mikroelektronických součástkách (MEMs) dokáží oproti klasickým piezoelektrickým součástkám využít i malé „přírodní“ přísuny energie.
Většina současných přístupů vychází z tenkých vrstev piezoelektrických materiálů (např. křemík). Zde se jako problém ukazuje, že rozvibrovat materiál tak, aby šlo pořádně generovat elektrický proud, lze ale jen u velmi malého rozsahu frekvencí. Jinak dochází k interferenci, většina energie se ztrácí v šumu a účinnost přeměny energie výrazně klesá. V laboratorních podmínkách lze dodávat vibrace určité frekvence a zdá se, že vše velmi dobře funguje, reálné prostředí se ale chová jinak.
Samozřejmě, že součástku lze oblepit tisíci (či miliony) mikrosenzorů, ať už vedle sebe, nebo ve vrstvách nad sebou, z nichž každý dobře pracuje při jiné frekvenci, ale to už je opět technicky náročné a drahé. Kim Sang-Gook a Arman Hajati se proto pokusili o rozšíření použitelného frekvenčního rozsahu senzoru. Má fungovat tak, že půjde o cosi jako „most“, jehož jednotlivé části začnou vibrovat účinkem různých frekvencí.
Jediná vrstva dokáže pak dodávat výkon až 45 mikrowattů. Mělo by stačit zvýšit výkon asi na dvojnásobek, což už by umožňovalo napájet řadu dnes používaných senzorů. Klíčové je podlě vědců také dále snižovat využitelné frekvence a umožňovat tak napájet senzory i v prostředí, kde se „skoro nic neděje“.

Zdroj: ScienceDaily

Úvodní foto: © Péter Mács - Fotolia.com










Komentáře