Alternatywne źródło energii dla technologii bezprzewodowych
Przechwytywanie energii oscylacyjnej (VEH) z użyciem systemów mikroelektromechanicznych (MEMS) pomaga w zasilaniu bezkonserwacyjnych i długotrwałych bezprzewodowych urządzeń elektronicznych, takich jak niezależne czujniki. Drgania jednak mogą się pojawiać w wąskim przedziale częstotliwości, a układy pozyskiwania energii mogą nie być w stanie zdobyć wystarczającej ilości mocy z tych częstotliwości na dostatecznie długo. Zespół finansowanego przez UE projektu "Nonlinear energy harvesting solutions for micro- and nano-technologies" (NEHSTECH) , stosując innowacyjne podejście, szukał sposobu na przezwyciężenie tych ograniczeń. Aby zwiększyć szerokość pasma mikroskopijnych układów pozyskiwania energii, naukowcy wykorzystali elastyczne stopery, nieliniowe sprężyny i bistabilne oscylatory mechaniczne. Ponieważ przetworniki piezoelektryczne i elektromagnetyczne nadal zajmują dużo miejsca, w projekcie skupiono się na układach pozyskiwania energii z drgań elektrostatycznych, które nadają się do wdrożenia w skalach MEMS. Prace naukowe zaowocowały opracowaniem krzemowego prototypu VEH MEMS z użyciem grzebieni do zamykania luk elektrostatycznych. Bistabilność masy krzemowej została skontrolowana napięciem początkowym, które wywierało zmiękczający efekt na efektywną sztywność zawieszeń mechanicznych. Elastyczne stopery służyły do utrzymywania energii kinetycznej oraz zwiększania masy korekcyjnej i prędkości mikrokulkowej podczas kolizji. Naukowcy dokonali pomiaru mechanicznych i elektrycznych gęstości widma mocy (PSD) dla różnych ładunków oporowych i przy różnych realistycznych nakładach drgań (zakłócenia przypadkowe, sinusoidalne, pulsacyjne itp.). Przy bardzo niskich częstotliwościach układ pozyskiwania energii MEMS posiadał współczynnik wzmocnienia mocy 5, w porównaniu z istniejącymi liniowymi generatorami MEMS o pojedynczej masie. Zdolność układów pozyskiwania energii MEMS do pracy w bardzo niskich częstotliwościach sprawia, że nadają się do ważnych zastosowań. Wśród nich znajduje się kardiostymulator zasilany za pomocą ruchu człowieka lub system monitorowania mostów za pomocą samowystarczalnych węzłów czujników bezprzewodowych. Pierwszy prototyp zrealizowany w ramach projektu nie został w pełni zoptymalizowany i niezbędne są dalsze prace, by usprawnić jego działanie.
Słowa kluczowe
Przychwytywanie energii, gęstość mocy, akumulatory, przychwytywanie energii oscylacyjnej, system mikroelektromechaniczny, elektronika bezprzewodowa, szerokość pasma, układ pozyskiwania energii z drgań elektrostatycznych, wydajność energetyczna
