Новое зарядное устройство, собирающее энергию от вибрации в 100 раз эффективнее, чем его аналоги

Хотя концепция сбора энергии от малых колебаний уже не нова, все устройства, разработанные на ее основе, пока не могут похвастаться большой эффективностью. Но исследователи из Массачусетского технологического института продолжают упорно двигаться в направлении развития подобных устройств. Недавно они продемонстрировали новую крошечную энергетическую установку, которая может превращать более широкий спектр вибраций в энергию, делая это в 100 раз более эффективно, чем его аналоги такого же размера и такой же массы.

Как сообщает MIT, идеей для разработки этого устройства, которое имеет массу чуть более 11 кг и может улавливать низкочастотные колебания, явилось стремление исследователей найти наилучшее решение для зарядки беспроводных датчиков, установленных на мостах, трубопроводах и других объектах, требующих постоянного контроля со стороны техперсонала.

Устройство называется микроэлектромеханическая система, или MEMS. В основе его работы лежит новый подход исследователей к использованию пьезоэлектрической технологии. Небольшой микрочип со слоями пьезоэлектрического преобразователя (PZT) закреплен на верхней части крошечного консольного балансира. Когда чип подвергается вибрации, балансир перемещается вверх и вниз, как шаткий трамплин, сгибая и сжимая PZT-слои. Эти слои под воздействием механических деформаций накапливают электрический заряд, который «подбирается» массивом крошечных электродов.

Между тем, исследователи заметили, что использование консольного балансира имеет некоторые ограничения. У самого балансира имеется резонансная частота. За пределами этой частоты ответная реакция балансира снижается, снижается и количество собираемой энергии. Чтобы обойти эту проблему, команда разработала небольшую конструкцию в виде моста с единственным слоем PZT, на который микрочип крепится в двух конечных точках. Зарядное устройство может использовать такие естественные источники вибрации, как гудение машин, раскачивание мостов и шум от движения пешеходов.

Как отмечают исследователи, стоимость разработанного ими устройства составляет менее одного доллара – это важный фактор, определяющий возможность коммерциализации технологии и создания готовых модулей беспроводных датчиков вместе с зарядным устройством.