Czy urządzenia elektroniczne mogą samodzielnie pozyskiwać energię?

Użyteczność Internetu rzeczy będzie zależeć od małych czujników umieszczonych w dowolnym miejscu w celu przechwytywania danych o środowisku lub śledzenia produktów i ludzi. Aby wywrzeć największy wpływ, takie czujniki będą musiały działać nawet bez podłączenia do zasilania lub w zależności od akumulatorów, które należy naładować lub wymienić. Dlatego inżynierowie opracowują czujniki, które mogą poradzić sobie z energią pozyskiwaną ze źródeł otoczenia, takich jak światło, zmiany temperatury i fale radiowe. Oto kilka przykładów.

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowali nowy czujnik, który zbiera energię ze stopniowych zmian temperatury i może być używany do wykrywania problemów, takich jak wycieki lub pęknięcia w budynkach.

Rozproszenie wsteczne

Shyam Gollakota z University of Washington i jego zespół opracowali sposób łączenia urządzeń z Internetem, który zużywa bardzo mało energii i nie wymaga baterii. Urządzenia przechwytują energię o częstotliwości radiowej, która jest wokół nas z sieci radiowych, telewizyjnych i telefonii komórkowej. Gollakota i współpracownicy nie są pierwszymi, którzy pozyskują energię o częstotliwości radiowej, ale ich technologia idzie o krok dalej, ponieważ może również ułatwić komunikację przez Wi-Fi, która normalnie wymagałaby znacznie więcej energii niż można przechwycić z otaczających fal radiowych. Robią to za pomocą technologii, którą nazywają rozproszeniem wstecznym Wi-Fi. Opracowali znaczniki z antenami, które przełączają się między odbijaniem i pochłanianiem fal radiowych z otoczenia. W trybie pochłaniania zbierają moc; w trybie odbicia mogą rozpraszać energię o częstotliwości radiowej w sposób, który może wykryć pobliski router Wi-Fi. Tag zużywa mniej niż 10 mikrowatów mocy do komunikacji za pośrednictwem tych odbić, w porównaniu z watami mocy, które może być potrzebne do rzeczywistego przesyłania sygnałów Wi-Fi. Obecnie tag może komunikować się na odległość dwóch metrów, ale naukowcy mają nadzieję rozszerzyć ten zasięg do 20 metrów. Naukowcy demonstrują technologię w ten film i wyjaśnij to w ten papier.

Wyczuwanie zmian

Inna grupa naukowców z Uniwersytetu Waszyngtońskiego opracowała czujnik, który wykorzystuje stopniowe zmiany temperatury w środowisku. Czujniki mogą monitorować wycieki wody lub problemy konstrukcyjne w budynkach i wysyłać alerty bezprzewodowe. Kluczem do działania tej technologii jest przypominający akordeon mieszek wewnątrz urządzenia wypełniony gazem, który rozszerza się lub kurczy w zależności od temperatury; ten ruch jest zamieniany na energię elektryczną. Naukowcy wykazali, że zmiana temperatury o zaledwie 0,25 °C wystarczy, aby zasilić węzeł czujnika, przesłać dane do oddalonego o ponad pięć metrów odbiornika i zaktualizować wyświetlacz e-ink pokazujący temperaturę. Czujnik jest opisany w artykule Zasilanie węzłów czujników bezprzewodowych zmianami temperatury otoczenia i pokazane w ten film.

Antena na chipie

Naukowcy ze Stanford i University of California w Berkeley stworzyli samowystarczalne radio wielkości mrówki. Jego antena zbiera wystarczającą ilość energii z przychodzącego sygnału, aby wykonać wbudowane w nią polecenie. Kosztując zaledwie kilka groszy, te radia mogą dać inżynierom niedrogi sposób na podłączenie prawie każdego typu urządzenia do Internetu. Chip został opisany w a papier zaprezentowane na Sympozjum 2014 na temat obwodów VLSI.

Nanogenerator

Naukowcy z Georgia Tech opracowują nanogeneratory, które mogą pozyskiwać energię z ładunku elektrycznego wytwarzanego w wyniku ścierania się dwóch różnych materiałów. Oznacza to, że możliwe byłoby wykorzystanie marnowanej w przeciwnym razie energii mechanicznej, która pochodzi z wiatru, fal lub chodzenia, mówi Zhong Lin Wang, profesor prowadzący badania. Naukowcy wykazali, w jaki sposób generatory mogą oświetlić do 1000 diod LED, ale mają nadzieję, że w końcu zasilą smartfony lub umożliwią czujnikom samodzielne zasilanie w celu wykrywania ruchu, wibracji, wycieków lub eksplozji. Badania nad generatorami zostały opisane w kilku artykułach, w tym w artykule w Komunikacja przyrodnicza w marcu wyjaśnia to, jak generator może ładować elektronikę. Lin Wang wyjaśnia w tym przypadku efekt tryboelektryczny wytwarzany przez dwa różne materiały wideo.

Na wynos:

W końcu możemy być w stanie uruchomić telefony i tablety na zebranej energii z otoczenia, po przerobieniu takich urządzeń tak, aby wymagały znacznie mniej energii. Ale na razie zbieranie energii jest obiecujące tylko dla małych czujników i radiotelefonów. Dzisiejsze wersje telefonów komórkowych i laptopów, których używamy na co dzień, wymagają o rząd wielkości większej mocy.

Masz duże pytanie? Wyślij sugestie na adres [email protected] .

ukryć