Forskere banker på ubrugt energikilde for at drive smarte sensornetværk

Den elektricitet, der tænder vores hjem og driver vores apparater, skaber også små magnetfelter, der er til stede rundt omkring os. Forskere har udviklet en ny mekanisme, der er i stand til at høste denne spildte magnetfeltenergi og konvertere den til nok elektricitet til at drive næste generations sensornetværk til smarte bygninger og fabrikker.

"Ligesom sollys er en gratis energikilde, vi forsøger at høste, det er magnetfelter også, "sagde Shashank Priya, professor i materialevidenskab og teknik og associeret vicepræsident for forskning i Penn State. "Vi har denne allestedsnærværende energi til stede i vores hjem, kontorlokaler, arbejdspladser og biler. Det er overalt, og vi har mulighed for at høste denne baggrundsstøj og konvertere den til brugbar elektricitet. "

Et team ledet af forskere fra Penn State udviklede en enhed, der leverer 400 procent højere effekt i forhold til anden state-of-the-art teknologi, når man arbejder med lavniveaumagnetiske felter, som dem, der findes i vores hjem og bygninger.

Teknologien har konsekvenser for design af smarte bygninger, hvilket vil kræve, at selvdrevne trådløse sensornetværk gør ting som at overvåge energi og driftsmønstre og fjernstyrede systemer, sagde forskerne.

"I bygninger, det er kendt, at hvis du automatiserer mange funktioner, du kunne faktisk forbedre energieffektiviteten meget betydeligt, "Priya sagde." Bygninger er en af ​​de største forbrugere af elektricitet i USA. Så selv et par procents fald i energiforbruget kan repræsentere eller oversætte til megawatt besparelser. Sensorer er det, der gør det muligt at automatisere disse kontroller, og denne teknologi er en realistisk måde at drive disse sensorer på. "

Forskere designede papirtynde enheder, cirka 1,5 centimeter lang, der kan placeres på eller i nærheden af ​​apparater, lys, eller strømkabler, hvor magnetfelterne er stærkest. Disse felter forsvinder hurtigt væk fra kilden til strømende elektrisk strøm, sagde forskerne.

Når den placeres 4 tommer fra en rumvarmer, enheden producerede nok elektricitet til at drive 180 LED -arrays, og ved 8 tommer, nok til at drive et digitalt vækkeur. Forskerne rapporterede resultaterne i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab .

"Disse resultater giver betydelige fremskridt mod bæredygtig strøm til integrerede sensorer og trådløse kommunikationssystemer, "sagde Min Gyu Kang, en assisterende forskningsprofessor ved Penn State og medlederforfatter på undersøgelsen.

Forskerne brugte en sammensat struktur, lag to forskellige materialer sammen. Et af disse materialer er magnetostriktivt, som omdanner et magnetfelt til stress, og den anden er piezoelektrisk, som omdanner stress, eller vibrationer, ind i et elektrisk felt. Kombinationen gør det muligt for enheden at omdanne et magnetfelt til en elektrisk strøm.

Enheden har en bjælkelignende struktur med den ene ende fastspændt og den anden fri for at vibrere som reaktion på et påført magnetfelt. En magnet monteret i den frie ende af strålen forstærker bevægelsen og bidrager til en højere produktion af elektricitet, sagde forskerne.

"Det smukke ved denne forskning er, at den bruger kendte materialer, men designer arkitekturen til stort set at maksimere konverteringen af ​​magnetfeltet til elektricitet, "Priya sagde." Dette giver mulighed for at opnå høj effekttæthed under magnetiske felter med lav amplitude. "

Rammohan Sri Ramdas, en assisterende forskningsprofessor ved Penn State, deltog i forskningen.

Hyeon Lee og Prashant Kumar bidrog også, forskningsassistenter hos Virginia Tech, og Mohan Sanghadasa, seniorforsker ved Aviation and Missile Center, US Army Combat Capabilities Development Command.

Nogle af teammedlemmerne i denne undersøgelse blev finansieret via Office of Naval Research og de andre gennem National Science Foundation.