askeleistamme napinpainalluksiin, ihmiset kuluttavat jatkuvasti energiaa, ja tutkijat hyödyntävät näitä liikkeitä saadakseen energiaa ympärillämme olevaan maailmaan.
energian keruu ympäristöstä tai toiminnasta pariston tai pistorasian sijasta sisältää joitakin keskeisiä etuja: sähkönlähteet ovat ilmaisia ja laitteet ovat liikkuvampia. Tämä on erityisen hyödyllinen lääketieteellisessä elektroniikassa, kuten insuliinipumpuissa ja sydämentahdistimissa. Energy harvesterit voisivat myös pidentää akun käyttöikää älypuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa.
ajatus ei ole Uusi. Esimerkiksi kristalliradioita on ollut olemassa 1900-luvun alusta lähtien, eivätkä ne tarvitse omaa voimanlähdettä, koska ne haalivat sähköä radioaalloilta. Nykyiset energiankeruustrategiat eivät kuitenkaan ole kovin tehokkaita, ja ympäristössämme oleva energia hajaantuu laajalti, mikä tarkoittaa, että tarvitaan kirkkaita valoja, suuria lämpötilagradienttejä tai pitkiä, reippaita kävelylenkkejä, jotta saadaan aikaan tuntuva määrä energiaa, joka ei välttämättä ole vielä kovin suuri.
nyt tutkijat ovat löytäneet uusia tapoja lisätä sadon tehokkuutta ja alentaa kustannuksia. Kehittäjät tekevät myös elektroniikkaa, joka käyttää paljon vähemmän virtaa, niin että jonakin päivänä puhelin saattaa käydä kahinassa taskussa ja muutaman sormen napautuksella, kun soitat puhelun.
Lawrence Berkeleyn kansallisessa laboratoriossa tutkijat esittelivät viime kuussa laitteen, joka käyttää viruksia paineen muuntamiseen sähköksi. Laite nojaa pietsosähköön, ilmiöön, jossa materiaaliin syntyy sähkövaraus sen ollessa mekaanisesti epämuodostunut tai stressaantunut. Tässä tapauksessa ryhmä käytti materiaalin valmistamiseen suunniteltua M13-virusta, joka tyypillisesti tarttuu bakteereihin.
hauskuus alkaa 50 nanoampeesta
laite pystyy tuottamaan 6 nanoampeeria virtaa ja 400 millivolttia potentiaalia, noin neljänneksen triple-A: n akun tuotosta ja tarpeeksi aktivoidakseen hetkeksi pienen yksivärisen nestekidenäytön neliösentin kokoisella generaattorilla, kun sitä painetaan. Tutkijat julkaisivat raporttinsa Nature Nanotechnology-lehdessä.
Ramamoorthy Ramesh, lbnl: n materiaalitieteen osaston tutkija ja yksi raportin laatijoista, selitti, että virukset voivat lisääntyä ja muodostaa nanometrin kokoisia rakenteita yksinään, mikä tekee niistä houkuttelevan edullisen vaihtoehdon perinteisille pietsosähköisille laitteille, joissa voidaan käyttää kalliita tai myrkyllisiä kemikaaleja. Virusmateriaalia voidaan myös suihkuttaa pinnalle, jolloin mikä tahansa seinä tai lattia voi muuttua askelista ja tärinästä energiaharvesteriksi.
juuri nyt virusgeneraattori on liian heikko antamaan mitään käytännön tehoa, vaikka tutkijat tekevät parannuksia ja sanovat, etteivät ne ole kaukana hyödyllisestä tuotteesta.
”jos saamme 50-70 , niin on rock ’n’ rollin aika. Sitten se on hauskaa”, Ramesh sanoi.
Yhdistyneen kuningaskunnan tutkijat kehittivät hiljattain myös pietsosähkögeneraattorin, polvituen, joka sotkee elektroneja kävelystä. Kun käyttäjän polvi taipuu, laitteessa on neljä metallista siipeä, jotka sitten värähtelevät kuin kitaran kieli ja tuottavat sähköä.
tällä hetkellä laite tuottaa noin 2 milliwattia tehoa, mutta tutkijat odottavat saavuttavansa 30 milliwattia muutamalla hienosäädöllä.
Michele Pozzi, projektin johtava tutkija ja energiahuollon tutkija Cranfieldin yliopiston ammattikorkeakoulusta, sanoi tiedotteessa, että hän odottaa laitteen maksavan 10 puntaa kappaleelta, kun tuotanto on porrastettu. Tulokset julkaistiin aiemmin tässä kuussa Smart Materials and Structures-lehdessä.
mutta voiko se antaa virtaa televisiolle?
silti, vaikka energiaharvestimet ovat markkinoilla, suuri este on saada tarpeeksi käyttökelpoista sähköä anturin, lampun tai näytön voimanlähteeksi. Tämä tarkoittaa sitä, että sähköä tuotetaan enemmän kuin laite tarvitsee, joten se riittää varastoimaan ja pysymään jatkuvasti toiminnassa.
”joissakin tapauksissa saatat olla vain keräämässä mikroa tai jotain”, sanoi David Freeman, Texas Instrumentsin power supply solutions-ryhmän pääteknologi. ”Jos laitteesi vaatii mikroaaltouunin, et tee mitään kenenkään hyväksi.”
Texas Instrumentsin kohdalla ratkaisu on tehdä vähemmän sähköä kuluttavia laitteita sekä tehostaa harvestereita.
”vasta viimeisen kolmen, neljän tai viiden vuoden aikana raportoitiin tarpeeksi sähköä käyttökelpoiseksi ja laitteiden energia oli tarpeeksi alhainen toimiakseen”, Freeman sanoi.
yksi mahdollinen Käyttötarkoitus harvestereille ovat ilmanlaatua tarkkailevat rakennusanturit. Toiminnanharjoittajat voivat kerätä nämä tiedot langattomasti lämmittääkseen tai viilentääkseen tilojaan tehokkaasti. ”Useimpien näiden sovellusten tavoite on ’peel-and-stick'”, selitti Freeman ja huomautti, että anturin paras sijainti voi olla kaukana sähköjohdoista. Tällaisiin paikkoihin voi myös olla vaikea päästä, joten akun vaihtaminen usein olisi liian hankalaa, mikä tekisi niistä ihanteellisia käyttökohteita harvestereille.
tätä varten yhtiö valmistaa integroituja piirejä ja mikroprosessoreita, jotka tarvitsevat paljon vähemmän energiaa.
”jokainen sukupolvi käyttää vähemmän voimaa kuin aikaisempi sukupolvi”, Freeman sanoi. ”Kun jatkamme näiden laitteiden tarvitseman tehon vähentämistä, se tekee korjuukappaleesta käytännöllisemmän.”
Freemanin mukaan hallitseva korjuutekniikka ovat pienet aurinkosähköpaneelit, sillä vibraatio-ja radioharvesterit eivät vielä nappaa tarpeeksi virtaa sekä anturin että lähettimen pyörittämiseen. Yhtiö teki hiljattain prototyypin langattomasta näppäimistöstä, joka toimii sisävalaistuksessa ja jonka akun käyttöikä vastaa laitteen käyttöikää, noin kolmesta viiteen vuotta. Lisäksi Texas Instruments kehittää sensoreita teollisuuden laitteiden ja teiden tarkkailuun, joissa säännöllinen liiketaajuus saattaa sopia paremmin vibraatioharvestereille.
uusintapainos climatewirestä Environment & Energy Publishing, LLC: n luvalla. www.eenews.net, 202-628-6500