Rystende aspeblade kan redde fremtidige Mars-rovere

Forskere ved University of Warwick er blevet inspireret af den unikke bevægelse af skælvende aspeblade, at udtænke en energihøstmekanisme, der kunne drive vejrsensorer i fjendtlige miljøer og endda kunne være en backup-energiforsyning, der kunne redde og forlænge levetiden for fremtidige Mars-rovere.

University of Warwick tredjeårs ingeniørstuderende har i de senere år fået til opgave at undersøge puslespillet om, hvorfor Aspen-blade dirrer i nærvær af den mindste brise. University of Warwick Engineering forskere Sam Tucker Harvey, Dr. Igor A. Khovanov, og Dr. Petr Denissenko blev inspireret til at se nærmere på denne opgave, de årligt stillede for deres elever, og til at tage fænomenet et skridt videre.

De besluttede at undersøge, om de underliggende mekanismer, der producerer kogger med lav vindhastighed i Aspen-blade, effektivt og effektivt kunne generere elektrisk strøm, simpelthen ved at udnytte den vindgenererede mekaniske bevægelse af en enhed, der er modelleret efter bladet. De har i dag den 18. marts 2019 offentliggjort svaret på det spørgsmål som et papir med titlen "A Galloping Energy Harvester with Flow Attachment" i Anvendt fysik bogstaver og svaret er et rungende ja.

University of Warwick Ph.D. ingeniørforsker Sam Tucker Harvey, hovedforfatteren på avisen, sagde:

"Det, der er mest tiltalende ved denne mekanisme, er, at den giver et mekanisk middel til at generere strøm uden brug af lejer, som kan holde op med at arbejde i miljøer med ekstrem kulde, varme, støv eller sand. Mens mængden af ​​potentiel strøm, der kan genereres, er lille, det ville være mere end nok til at drive autonome elektriske enheder, såsom dem i trådløse sensornetværk. Disse netværk kan bruges til applikationer som at levere automatiseret vejrregistrering i fjerntliggende og ekstreme miljøer."

Dr. Petr Denissenko bemærkede endvidere, at en fremtidig applikation kunne være som backup strømforsyning til fremtidige Mars-landere og rovere.

"Ydeevnen for Mars-roveren Opportunity overgik langt dens designeres vildeste drømme, men selv dens hårdtarbejdende solpaneler blev sandsynligvis til sidst overvundet af en støvstorm i planetarisk skala. Hvis vi kunne udstyre fremtidige rovere med en backup mekanisk energihøster baseret på denne teknologi , det kan fremme livet for den næste generation af Mars-rovere og landere."

Nøglen til aspebladenes lave vind, men store amplitude kogger er ikke kun bladets form, men endnu vigtigere relaterer sig til stilkens effektivt flade form.

Forskerne fra University of Warwick brugte matematisk modellering til at komme frem til en mekanisk ækvivalent til bladet. De brugte derefter en vindtunnel med lav hastighed til at teste en enhed med en udkraget bjælke som den flade stilk på aspebladet, og en buet bladspids med et cirkulært buetværsnit, der virker som hovedbladet.

Vingen blev derefter orienteret vinkelret på strømningsretningen, som gør det muligt for mejetærskeren at producere selvopretholdende svingninger ved ukarakteristisk lave vindhastigheder som aspebladet. Testene viste, at luftstrømmen bliver fastgjort til bladets bagside, når bladets hastighed bliver høj nok, virker derfor mere på samme måde som en aerofoil snarere end de blufflegemer, som typisk er blevet undersøgt i forbindelse med høst af vindenergi.

I naturen, et blads tilbøjelighed til at dirre forstærkes også af den tynde stængels tendens til at vride sig i vinden i to forskellige retninger. Imidlertid, forskernes modellering og test fandt ud af, at de ikke behøvede at replikere den yderligere kompleksitet af en yderligere grad af bevægelse i deres mekaniske model. Blot at kopiere de grundlæggende egenskaber af den flade stilk ind som en udkraget bjælke og buet bladspids med et cirkulært buetværsnit, der fungerer som hovedbladet, var nok til at skabe tilstrækkelig mekanisk bevægelse til at høste kraft.

Forskerne vil dernæst undersøge, hvilke mekaniske bevægelsesbaserede strømgenererende teknologier, der bedst ville være i stand til at udnytte denne enhed, og hvordan deres enhed bedst kunne implementeres i arrays.