Små sensorer, stort potentiale

Den elektriske energi fra batterier driver ikke kun tændingssystemet, der drejer motoren og flytter elektriske køretøjer, men driver også næsten alle sansefunktioner i nutidens biler. Elektricitet tænder bilens forlygter til natrejser, ruller vinduerne op og ned, registrerer adskillige handlinger i bilen for at holde bilisterne opmærksomme på og opmærksomme på deres omgivelser.

Nutidens biler kommer med mange sensorer – "dør på klem, " "sikkerhedsselen ikke spændt, " "lavt dæktryk, " "motoromdrejninger, " "nærhed til forhindringer, " osv. Nyere autonome sensorer kan endda advare motoren om at sætte farten ned og stoppe, hvis føreren er uopmærksom eller uarbejdsdygtig. Hver sensor kræver kun en lille smule energi fra bilens batteri, men alle de små bidder tæller sammen; og, efterhånden som industrien begynder at fokusere mere på elbiler, netværksforbundne køretøjer, og passagerinfotainmentfunktioner, antallet af sensorer kan stige betydeligt.

For at håndtere problemet med batteriopladning, UF Engineers har udviklet en ny type sensor, der skaber sin egen energi, forlænge batterilevetiden for biler. Dr. Jennifer Andrew, Lektor i afdelingen for materialevidenskab og teknik ved University of Floridas Herbert Wertheim College of Engineering, og hendes team har taklet udfordringen med at gøre sensorer stadig mindre i størrelse og energiforbrug.

Arbejder med Dr. David Arnold, George Kirkland Engineering Leadership Professor i Department of Electrical &Computer Engineering, de har konstrueret en sammensat magneto-elektrisk nano-wire array sensor, der overvåger bildrift gennem elektriske impulser genereret ved at ændre egenskaber af nano-wire selv. Sensoren kræver ingen ekstern elektrisk strøm overhovedet for at fungere.

Hver nanotråd består af to halvdele – bariumtitanat, som udviser piezoelektriske egenskaber, er parret med koboltferrit, et magnetostriktivt materiale. I nærvær af et magnetfelt, som den, der findes i stålgearene i en bilmotor, koboltferriten undergår en formændring, som påfører det piezoelektriske bariumtitanat en belastning, derved inducerer en elektrisk polarisering. Ved at forbinde nano-wire-arrayet til en dataindsamlingskilde, de elektriske impulser, der genereres af magneto-elektrikken, kan bruges til at føle motorens timing eller detektere et udskridning af hjulets hastighed. Funktionelle magnetfeltsensorer dannes ved at forbinde mange nanotråde parallelt.

Dr. Andrews gruppe rapporterede, at deres nano-ledninger viste betydeligt stærkere magneto-elektriske koefficienter (hvilket indikerer, at stærkere elektriske impulser blev genereret) end traditionelt magneto-elektrisk materiale. Disse stærkere elektriske impulser betyder, at yderligere forbedringer af Dr. Andrews enhed kan resultere i endnu mindre sensorer. Det faktum, at sensorerne ikke bruger nogen ekstern elektrisk energikilde, øger deres appel til brug i førerbesøgte og autonome elektriske køretøjer.