Разработан эффективный девайс для получения электричества из вибраций

Источник: mit.edu

В настоящее время беспроводные датчики умеют отслеживать многое: загрязнения воздуха, состояние мостов, трубопроводов, железнодорожных путей. Главным сдерживающим фактором в этой отрасли является необходимость в энергии. Современные датчики потребляют не слишком много мощности, но время от времени в них надо менять батарейки. А что делать, если сеть расположена в отдаленном районе и в нее входит около тысячи датчиков? Хорошее решение проблемы — использование устройств, добывающих электричество из вибрации.

Инженеры разработали для этих целей некоторое количество микроэлектромеханических систем (MEMS). Принцип работы у всех моделей примерно одинаков: небольшой микрочип со слоем пьезоэлектрического материала закреплен на верхней части крошечный консольной балки. Когда чип подвергается вибрации, балка перемещается вверх и вниз, слои пьезоэлектрика изгибаются и деформируются. Материал накапливает электрический заряд, который снимается массивом крошечных электродов. Основной недостаток системы в том, что консоль имеет собственную резонансную частоту. При аналогичной частоте вибрации количество получаемой энергии достаточно, при других частотах мощность девайса резко падает.

В Массачусетском технологическом институте (США) решили пойти своим путем. Ученые Санг-Гук Ким и Арман Хаджати разработали оригинальную систему: микрочип с небольшой мостовидной структурой, которая закреплена на чипе обоими концами. На «мост» нанесен слой пьезоэлектрика, а в центре структуры размещен небольшой груз. Вибрационные испытания показали, что такой девайс способен реагировать на широкий диапазон низких частот. А его мощность составила 45 микроватт — это в 100 раз больше, чем у существующих моделей. Как заявил профессор Санг-Гук Ким, сейчас его команда работает над дальнейшим увеличением мощности устройства — хотя бы до 100 микроватт (для большинства современных датчиков этого вполне достаточно). Также ученые планируют изменить дизайн устройства таким образом, чтобы оно могло работать на еще более низких частотах.