Kunnen elektronische apparaten zelf energie oogsten?

Het nut van het internet der dingen zal afhangen van kleine sensoren die zowat overal worden geplaatst om gegevens over de omgeving vast te leggen of producten en mensen te volgen. Om de grootste impact te hebben, moeten dergelijke sensoren werken, zelfs zonder dat ze zijn aangesloten of afhankelijk zijn van batterijen die moeten worden opgeladen of vervangen. Daarom ontwikkelen ingenieurs sensoren die kunnen rondkomen met energie die wordt geoogst uit omgevingsbronnen, zoals licht, temperatuurveranderingen en radiogolven. Hier zijn enkele voorbeelden.

Onderzoekers van de Universiteit van Washington hebben een nieuwe sensor ontwikkeld die stroom haalt uit geleidelijke temperatuurveranderingen en kan worden gebruikt om problemen zoals lekken of scheuren in gebouwen te detecteren.

terugverstrooiing

Shyam Gollakota van de Universiteit van Washington en zijn team hebben een manier ontwikkeld om apparaten met internet te verbinden die heel weinig stroom verbruiken en geen batterijen nodig hebben. De apparaten vangen radiofrequentie-energie op die overal om ons heen is van radio-, tv- en mobiele telefoonnetwerken. Gollakota en collega's zijn niet de eersten die radiofrequentie-energie oogsten, maar hun technologie gaat een stap verder omdat het ook communicatie via Wi-Fi kan vergemakkelijken - wat normaal gesproken veel meer stroom zou vergen dan kan worden opgevangen door omgevingsradiogolven. Dit doen ze met technologie die ze Wi-Fi backscatter noemen. Ze hebben tags ontwikkeld met antennes die schakelen tussen reflecteren en absorberen van de omringende radiogolven. In absorberende modus verzamelen ze kracht; in de reflecterende modus kunnen ze de radiofrequentie-energie verstrooien op manieren die een nabijgelegen wifi-router kan detecteren. De tag gebruikt minder dan 10 microwatt aan vermogen om via deze reflecties te communiceren, vergeleken met het vermogen dat nodig is om daadwerkelijk wifi-signalen te verzenden. Tegenwoordig kan de tag communiceren over een bereik van twee meter, maar onderzoekers hopen dat uit te breiden tot 20 meter. De onderzoekers demonstreren de technologie in deze video en leg het uit dit papier.

Verandering waarnemen

Een andere groep onderzoekers van de Universiteit van Washington heeft een sensor ontwikkeld die profiteert van de geleidelijke temperatuurveranderingen in de omgeving. De sensoren kunnen waterlekken of structurele problemen in gebouwen bewaken en draadloze waarschuwingen verzenden. De sleutel om deze technologie te laten werken, is een accordeonachtige balg in het apparaat gevuld met een gas dat uitzet of krimpt op basis van de temperatuur; deze beweging wordt omgezet in elektriciteit. De onderzoekers toonden aan dat een temperatuurverandering van slechts 0,25 °C voldoende is om een ​​sensorknooppunt van stroom te voorzien, gegevens naar een ontvanger op meer dan vijf meter afstand te verzenden en een e-ink-display met de temperatuur bij te werken. De sensor wordt beschreven in het papier Draadloze sensornodes van stroom voorzien met veranderingen in de omgevingstemperatuur en getoond in deze video.

Antenne op Chip

Onderzoekers van Stanford en de University of California, Berkeley, hebben een zelfvoorzienende radio gemaakt ter grootte van een mier. De antenne haalt voldoende stroom uit een binnenkomend signaal om het erin ingebedde commando uit te voeren. Tegen een prijs van slechts een paar centen om te maken, zouden deze radio's ingenieurs een betaalbare manier kunnen bieden om bijna elk type apparaat met internet te verbinden. De chip werd beschreven in een papier gepresenteerd op het 2014 Symposium over VLSI Circuits.

Nanogenerator

Onderzoekers van Georgia Tech maken nanogeneratoren die energie kunnen halen uit de elektrische lading die ontstaat wanneer twee verschillende materialen tegen elkaar wrijven. Dit betekent dat het mogelijk zou kunnen zijn om te profiteren van de anders verspilde mechanische energie die afkomstig is van waaiende wind, golven of lopen, zegt Zhong Lin Wang, de professor die het onderzoek leidt. De onderzoekers hebben aangetoond hoe generatoren tot 1.000 LED-lampen kunnen verlichten, maar de hoop is om uiteindelijk smartphones van stroom te voorzien of sensoren in staat te stellen zichzelf van stroom te voorzien om beweging, trillingen, lekken of explosies te detecteren. Onderzoek naar de generatoren is beschreven in verschillende artikelen, waaronder een artikel in Natuurcommunicatie in maart wordt uitgelegd hoe de generator elektronica kan opladen. Lin Wang legt hierin het tribo-elektrische effect uit dat door twee verschillende materialen wordt geproduceerd video.

De afhaalmaaltijd:

Uiteindelijk kunnen we telefoons en tablets mogelijk gebruiken op geoogste omgevingsenergie, nadat dergelijke apparaten zijn herwerkt om aanzienlijk minder stroom te verbruiken. Maar voorlopig is het oogsten van energie veelbelovend voor alleen kleine sensoren en radio's. De huidige versies van de mobiele telefoons en laptops die we elke dag gebruiken, vereisen orden van grootte meer stroom.

Heb je een grote vraag? Stuur suggesties naar [email protected].

zich verstoppen