Udnytter gratis energi med små energihøstere

Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har udviklet en mikro-elektromekanisk energihøster, der giver mulighed for mere fleksibilitet i design, hvilket er afgørende for fremtidige IoT-applikationer.

I dag, det ville være svært ikke at bemærke, at elektroniske enheder er blevet utrolig små. Brugen af ​​miniaturesensorer i den kommende Internet of Things (IoT)-æra kan sætte os i stand til at udvikle applikationer, der kun er set i science fiction. Imidlertid, mikroelektroniske enheder kræver stadig strøm for at køre, og energi-høstende mikro-elektromekaniske systemer (MEMS) kan bruges, så disse minimale ting kan køre på omgivende energi, som det, der kommer fra mekaniske vibrationer.

Som afbildet i fig. konventionelle MEMS energihøstere bruger en elektret (det elektriske ækvivalent af en permanent magnet; den har en permanent ladning lagret i den) placeret i en MEMS afstembar kondensator, som har en bevægelig elektrode, der skubbes af omgivende kræfter, fremkalde bevægelse af ladninger. Desværre, dette design er meget begrænset, fordi fremstillingsprocesserne for både elektret- og MEMS-komponenterne skal være kompatible. Derfor, et hold af videnskabsmænd, herunder adjunkt Daisuke Yamane fra Tokyo Tech, foreslået en ny MEMS elektret-baseret energihøster, der består af to separate chips:en til MEMS tunable kondensator, og en indeholdende en elektret og dielektrisk materiale til dannelse af en anden kondensator (fig. 1). "Dette giver os mulighed for fysisk at adskille MEMS-strukturer og elektreter for første gang, " fastslår Yamane.

Enhedens energiindsamlingsmekanisme er vist i fig. 2. Kapacitansen af ​​elektretkredsløbet er fast (Cfix), hvorimod den for MEMS tunable kondensator (CM) ændres i overensstemmelse med fjederens strækning (forårsaget af eksterne vibrationer). Når CM bliver højere end Cfix, en bevægelse af ladninger induceres, og den afstembare kondensator får ladning. Ligeledes, når Cfix er højere, ladninger bevæger sig i den modsatte retning, og kondensatoren i elektretkredsløbet får ladning.

Disse ladningsbevægelser repræsenterer elektrisk kraft, der kan udnyttes. Den venstre side af fig. 3 viser billeder af de fremstillede chips og et forenklet diagram, og højre side viser, at spænding effektivt kan genereres. "Den foreslåede metode kan være en lovende måde at forbedre design- og fremstillingsfleksibiliteten af ​​både MEMS-strukturer og elektreter, " konkluderer Yamane. Løsning af designbegrænsninger udvider grænserne for ingeniører og vil fremskynde begyndelsen af ​​IoT-æraen, så vi kan høste dens fordele.