Inginerii folosesc vibrațiile pentru a alimenta Internetul lucrurilor
Într-o lume înfometată de energie curată, inginerii au creat un nou material care transformă vibrațiile mecanice simple din jurul nostru în electricitate pentru a alimenta senzorii din orice, de la stimulatoare cardiace la nave spațiale.
Sistemul de nouă generație este primul de acest gen și este produsul unui deceniu de muncă de către cercetătorii de la Universitatea Waterloo și de la Universitatea din Toronto și este compact, fiabil, ieftin și extrem de prietenos cu mediul.
„Descoperirea noastră va avea un impact social și economic semnificativ prin reducerea dependenței noastre de sursele de energie neregenerabile”, a declarat Asif Khan, cercetător la Waterloo și coautor al unui nou studiu asupra proiectului. „Avem nevoie de acești energizanti mai critic în acest moment decât în orice alt moment al istoriei”.
Sistemul dezvoltat de Khan și colegii se bazează pe efectul piezoelectric, care generează un curent electric prin presare – vibrațiile mecanice fiind un exemplu – pe un material adecvat.
Efectul a fost descoperit în 1880, iar de atunci, un număr limitat de materiale piezoelectrice, cum ar fi cuarțul și sărurile Rochelle, au fost folosite în tehnologii de la sonare și ultrasunete până la microunde.
Problema este că, până acum, materialele piezoelectrice tradiționale folosite în dispozitivele comerciale au avut o capacitate limitată de a genera energie electrică. De asemenea, folosesc adesea plumb, pe care Khan îl descrie drept „rău pentru mediu și sănătatea umană”.
Cercetătorii au rezolvat ambele probleme.
Ei au început prin a crește un singur cristal mare dintr-un compus molecular cu halogenură de metal numit clorură de cupru edabco folosind efectul Jahn-Teller, un concept chimic binecunoscut legat de distorsiunea geometrică spontană a unui câmp de cristal.
Un material piezoelectric înalt a fost apoi folosit, a spus Khan, pentru a fabrica nanogeneratoare „cu o densitate record de energie care pot recolta vibrații mecanice mici în orice condiții dinamice, de la mișcarea umană la vehicule motorizate”, într-un proces care nu necesită nici plumb, nici energie neregenerabilă.
Nanogeneratorul este mic – 2,5 centimetri pătrați și aproximativ grosimea unei cărți de vizită – și poate fi folosit cu ușurință în nenumărate situații. Are potențialul de a alimenta senzori într-o mare varietate de dispozitive electronice, inclusiv miliardele necesare pentru Internetul obiectelor – rețeaua globală în plină dezvoltare de obiecte încorporate cu senzori și software care conectează și schimbă date cu alte dispozitive.
Dr.. Diane BanÎn viitor, vibrațiile aeronavei ar putea alimenta sistemele de monitorizare senzorială, sau bătăile inimii unei persoane ar putea menține funcționarea unui stimulator cardiac fără baterie, a spus cercetătorul de la Institutul Waterloo pentru Nanotehnologie.
„Noile noastre materiale au arătat performanțe record”, a spus Pan, profesor de inginerie electrică și informatică. „Marcă o nouă cale de urmat pentru acest domeniu”.
Studiul, Răspuns piezoelectric mare într-o halogenură metalică moleculară Jahn-Teller deformabilăapare în Nature Communications.