Kan elektroniske enheder høste energi på egen hånd?

Nytten af ​​tingenes internet vil afhænge af små sensorer placeret stort set hvor som helst for at fange data om miljøet eller spore produkter og mennesker. For at have den største effekt skal sådanne sensorer fungere, selv uden at være tilsluttet eller afhængigt af batterier, der skal genoplades eller udskiftes. Det er derfor, ingeniører udvikler sensorer, der kan klare sig med energi høstet fra omgivende kilder, såsom lys, temperaturændringer og radiobølger. Her er nogle eksempler.

Forskere fra University of Washington udviklede en ny sensor, der høster strøm fra gradvise temperaturændringer og kan bruges til at opdage problemer som lækager eller revner i bygninger.

Backscatter

University of Washingtons Shyam Gollakota og hans team har skabt en måde at forbinde enheder til internettet på, som bruger meget lidt strøm og ikke kræver batterier. Enhederne fanger radiofrekvensenergi, der er overalt omkring os, fra radio-, tv- og mobiltelefonnetværk. Gollakota og kolleger er ikke de første til at høste radiofrekvensenergi, men deres teknologi går et skridt videre, fordi den også kan lette kommunikationen over Wi-Fi - hvilket normalt ville kræve meget mere strøm, end der kan fanges fra omgivende radiobølger. Det gør de med teknologi, de kalder Wi-Fi backscatter. De har udviklet tags med antenner, der skifter mellem at reflektere og absorbere de omgivende radiobølger. I absorberende tilstand samler de kraft; i reflekterende tilstand kan de sprede radiofrekvensenergien på måder, som en nærliggende Wi-Fi-router kan registrere. Tagget bruger mindre end 10 mikrowatt strøm til at kommunikere via disse refleksioner sammenlignet med den watt strøm, det kunne tage for rent faktisk at transmittere Wi-Fi-signaler. I dag kan mærket kommunikere over en rækkevidde på to meter, men forskerne håber at udvide det til 20 meter. Forskerne demonstrerer teknologien i denne video og forklare det i dette papir.

Fornemmelse af forandring

En anden gruppe forskere fra University of Washington har udviklet en sensor, der udnytter de gradvise temperaturændringer i miljøet. Sensorerne kunne overvåge vandlækager eller strukturelle problemer i bygninger og sende trådløse alarmer. Nøglen til at få denne teknologi til at fungere er en harmonika-lignende bælg inde i enheden fyldt med en gas, der udvider sig eller trækker sig sammen baseret på temperaturen; denne bevægelse omdannes til elektricitet. Forskerne demonstrerede, at en temperaturændring på kun 0,25 °C er nok til at drive en sensorknude, sende data til en modtager mere end fem meter væk og opdatere et e-blækdisplay, der viser temperaturen. Sensoren er beskrevet i papiret Forsyning af trådløse sensornoder med ændringer i omgivende temperatur og vist i denne video.

Antenne på chip

Forskere fra Stanford og University of California, Berkeley, har lavet en selvforsynende radio på størrelse med en myre. Dens antenne høster nok strøm fra et indkommende signal til at udføre kommandoen, der er indlejret i den. Til en pris på kun et par øre at lave, kunne disse radioer give ingeniører en overkommelig måde at forbinde næsten enhver type enhed til internettet. Chippen blev beskrevet i en papir præsenteret på 2014 Symposium om VLSI Circuits.

Nanogenerator

Forskere ved Georgia Tech skaber nanogeneratorer, der kan høste energi fra den elektriske ladning, der produceres, når to forskellige materialer gnider sammen. Det betyder, at det kunne være muligt at drage fordel af den ellers spildte mekaniske energi, der kommer fra blæsende vind, bølger eller gang, siger Zhong Lin Wang, professoren, der leder forskningen. Forskerne har demonstreret, hvordan generatorer kan lyse op til 1.000 LED-lys, men håbet er i sidste ende at forsyne smartphones eller give sensorer mulighed for at drive sig selv til at registrere bevægelse, vibrationer, lækager eller eksplosioner. Forskning i generatorerne er blevet beskrevet i flere artikler, herunder en artikel i Naturkommunikation i marts, der forklarer, hvordan generatoren kan oplade elektronik. Lin Wang forklarer den triboelektriske effekt produceret af to forskellige materialer i dette video.

Takeaway:

I sidste ende vil vi måske være i stand til at køre telefoner og tablets på høstet omgivende energi, efter at sådanne enheder er blevet omarbejdet til at kræve dramatisk mindre strøm. Men indtil videre er energihøst lovende for kun små sensorer og radioer. Nutidens versioner af de mobiltelefoner og bærbare computere, vi bruger hver dag, kræver størrelsesordener mere strøm.

Har du et stort spørgsmål? Send forslag til [email protected].

skjule