Команда исследователей в Университете штата Огайо создала электромеханические устройства, которые выглядят как крошечные деревья и могут генерировать электричествово время сейсмической активности, незначительного раскачивания высотного здания или вибрации от движения на мосту.
Следует отметить, что эта идея создана для тех ситуаций, когда требуется небольшое количество энергии.
В исследовании, опубликованном в прошлом месяце, исследователи описали свои эксперименты с новой платформой, собирающей вибрационную энергию.
«Здания чуть-чуть раскачиваться на ветру, мосты колеблются, когда мы движемся по ним и автомобильные подвески поглощают неровности на дороге», говорит руководитель проекта Райан Харн (Ryan Harne). «На самом
деле, есть огромное количество кинетической энергии, связанной с теми движениями, которое мы просто теряем. Мы хотим восстановить и переработать часть этой энергии».
Первоначальная цель состоит в том, чтобы обеспечить энергией датчики низкого напряжения, которые поддерживают структурную целостность гражданских сооружений и объектов, таких как мосты и балки глубоко внутри высотных зданий.
В настоящее время эта энергия обеспечивается батареей или сетевыми датчиками, методы, которые являются дорогостоящими и их трудно поддерживать в удаленных местах. Датчики, которые могут собирать энергию колебаний могут выполнять свою работу полностью самостоятельно.
В прошлом исследователи предположили, что случайные движения, генерируемые в природе, могут быть наиболее подходящим вариантом для создания последовательных колебаний, необходимых, чтобы создать полезную электроэнергию. Похожие искусственные случайные колебания были использованы в экспериментах. В противоположность этому исследованию, команда Огайо изучила способы сбора энергии, вырабатываемыми более естественным, случайным образом.
С помощью математического моделирования, Харн подсчитал, что это возможно для древовидных структур, которые смогут поддерживать колебания с постоянной частотой, несмотря на случайное внешнее воздействие, благодаря внутреннему резонансу, явлению, что позволяет создавать некоторые механические системы, чтобы рассеять внутреннююэнергию. Энергия может затем быть собрана и сохранена с помощью энергетических структур.
Харн и его коллеги проверили модель, создав устройство, изготовленное из двух стальных балок, образующих L-образную структуру (по аналогии с стволом дерева и ветвью), поддерживаемую зажимом и прикрепленной к конструкции, которую качали вперед и назад на высоких частотах. Балки соединены полосой поливинилиденфторида (PVDF) для преобразования структурных колебаний в электрическую энергию.
Когда устройство реагировало на высокие частоты, то колебалось с небольшими амплитудами, едва видными невооруженным глазом. Тем не менее, вырабатываемое напряжение составило около 0,8 вольт. Но когда исследователи добавили случайные помехи в систему, «дерево» начало показывать то, что Харн называет «явление насыщения».
Система достигла критической точки, где энергия высокой частоты внезапно трансформируется в низкую частоту колебаний. В этой точке дерево качалось взад и вперед, вместе со стволом и веткой, которые вибрировали синхронно. Эти движения низкой частоты произвели около 2 вольт электрической энергии, увеличили электрическое напряжение более чем в два раза, что достаточно, чтобы продемонстрировать работоспособность концепции.
«Мы ввели огромное количество помех, и обнаружили, что явление насыщения очень устойчиво и надежно производит выходное напряжение», сказал Харн. «Раньше это не было известно». Ученый надеется развивать эту идею в будущем.
Комментариев нет:
Отправить комментарий