Неиспользуемый источник энергии питает интеллектуальные сенсорные сети

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020

Matthew Carroll

Университет штата Пенсильвания

Неиспользуемый источник энергии питает интеллектуальные сенсорные сети
Команда ученых разработала новый механизм, позволяющий собирать энергию
магнитного поля рассеяния и превращать ее в полезное, используемое электричество.
(Рисунок: Kai Wang).

Электричество, которое освещает наши дома и приводит в действие наши бытовые приборы, также создает небольшие магнитные поля, присутствующие вокруг нас. Ученые разработали новый механизм, способный собирать эту напрасно пропадающую энергию магнитного поля и преобразовывать ее в электричество, количества которого достаточно для питания беспроводных сенсорных сетей Интернета вещей следующего поколения в интеллектуальных домах и на фабриках.

«Магнитные поля являются точно таким же источником бесплатной энергии, как и энергия солнечного света, которую мы пытаемся собирать, – сказал Шашанк Прия (Shashank Priya), профессор материаловедения и инженерии и заместитель вице-президента по исследованиям Пенсильванского университета. – Эта вездесущая энергия присутствует в наших домах, офисах, на рабочих местах и в автомобилях. Она повсюду, и у нас есть возможность собрать этот фоновый шум и преобразовать его в полезное электричество».

Профессор Шашанк Прия. (Фото: Университет штата Пенсильвания).
Профессор Шашанк Прия. (Фото: Университет
штата Пенсильвания).

Команда, возглавляемая учеными Пенсильванского колледжа, разработала устройство, обеспечивающее выходную мощность, в четыре раза бóльшую, чем позволяют другие современные технологии при работе со слабыми магнитными полями, подобными тем, что присутствуют в наших домах и зданиях.

По словам ученых, эта технология важна для проектирования интеллектуальных зданий, которым потребуются беспроводные сенсорные сети с автономным питанием для решения таких задач, как контроль энергопотребления и режимов работы, а также реализация систем дистанционного управления.

«Известно, что если в зданиях автоматизировано множество функций, можно значительно повысить эффективность использования энергии, – сказал Прия. – Здания являются одним из крупнейших потребителей электроэнергии в Соединенных Штатах. Поэтому снижение потребления энергии даже на несколько процентов может транслироваться в мегаватты экономии. Датчики – это то, что позволит автоматизировать эти объекты управления, и эта технология является реалистичным способом питания таких датчиков».

Исследователи разработали устройства толщиной с лист бумаги и длиной порядка 4 см, которые можно размещать на бытовых приборах или рядом с ними, в источниках света или на шнурах питания, где магнитные поля наиболее сильны. По словам ученых, эти поля быстро ослабевают по мере удаления от проходящего электрического тока.

Если устройство расположено в 4 дюймах от электрообогревателя, оно вырабатывает электроэнергию, которой достаточно для питания матрицы из 180 светодиодов, а в 8 дюймах – для питания цифрового будильника. О результатах своих исследований ученые сообщили в журнале Energy and Environmental Science.

«Эти результаты значительно приближают нас к созданию устойчивого энергообеспечения интегральных датчиков и систем беспроводной связи», – сказал Мин Гю Канн (Min Gyu Kang), доцент Университета штата Пенсильвания и соавтор исследования.

Ученые использовали комбинированную структуру, соединив вместе два разных материала. Один из этих материалов является магнитострикционным; он преобразует магнитное поле в механическое напряжение, а другой, пьезоэлектрический, преобразует деформации или вибрации в электрическое поле. Эта комбинация позволяет устройству превращать магнитное поле в электрический ток.

Устройство имеет структуру балочного типа, один конец которой зажат, а другой свободно вибрирует в ответ на приложенное магнитное поле. Ученые утверждают, что магнит, установленный на свободном конце балки, усиливает движение и способствует увеличению выработки электроэнергии.

«Прелесть этого исследования состоит в том, что в нем используются хорошо известные материалы, но архитектура конструкции такова, что преобразование магнитного поля в электричество становится максимально эффективным, – сказал Прия. – Это позволяет достичь высокой плотности мощности при малой амплитуде магнитных полей».

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 1330
сейчас смотрят 6
представлено поставщиков 577
загружено
позиций
25 067 862