Un'alimentazione alternativa per la tecnologia wireless
La racimolazione di energia vibrazionale (VEH) con sistemi micro-elettromeccanici (MEMS) sta contribuendo ad alimentare un'elettronica senza fili che non richiede manutenzione e dura a lungo, ad esempio sensori autonomi. Tuttavia, le vibrazioni possono verificarsi entro una stretta gamma di frequenze ed è possibile che i racimolatori di energia non riescano a trarre energia sufficiente da tali frequenze per un tempo sufficientemente lungo. Il progetto NEHSTECH ("Nonlinear energy harvesting solutions for micro- and nano-technologies"), finanziato dall'UE, ha cercato a superare tali limitazioni tramite un approccio innovativo. Per allargare l'ampiezza di banda dei micro-racimolatori di energia, gli scienziati hanno utilizzato fermi elastici, molle non lineari e oscillatori meccanici bistabili. Poiché i convertitori piezoelettrici ed elettromagnetici sono ancora notevolmente ingombranti, il progetto si è incentrato sui racimolatori vibrazionali elettrostatici, più adatti alla realizzazioni su scale di MEMS. Le attività scientifiche hanno prodotto un prototipo di VEH con MEMS al silicio, con pettini di riduzione della distanza elettrostatici. La bistabilità di massa del silicio è stata controllata tramite una tensione di polarizzazione, capace di esercitare un effetto di ammorbidimento rispetto all'effettiva rigidezza delle sospensioni meccaniche. I fermi elastici sono serviti a mantenere l'energia cinetica e aumentare la massa effettiva e la velocità delle microsfere durante le collisioni. Gli scienziati hanno misurato le densità spettrali di potenza elettrica (PSD) e meccanica, in relazione a diversi carichi resistivi e sotto una varietà di elementi vibrazionali realistici (rumore casuale, sinusoidale, impulsivo, ecc.). A frequenze bassissime, il racimolatore MEMS ha dimostrato un fattore di guadagno dell'energia pari a 5, a confronto con generatori MEMS lineari esistenti con massa singola. La capacità dei racimolatori MEMS di operare a frequenze bassissime li rende idonei a importanti applicazioni, tra cui l'alimentazione di pacemaker attraverso i movimenti umani, oppure il monitoraggio di ponti da nodi di sensori wireless autosufficienti. Il primo prototipo del progetto non è stato interamente ottimizzato e occorre lavorare ancora per migliorarne le prestazioni energetiche.
Parole chiave
Racimolazione di energia, densità di potenza, batterie, racimolazione dell'energia vibrazionale, sistema micro-elettromeccanico, elettronica wireless, ampiezza di banda, racimolatore di vibrazioni elettrostatico, prestazioni energetiche
