Новый миниатюрный генератор способен производить электричество от малейших вибраций

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали устройство размером с четверть дюйма, способное генерировать электричество от малейших низкочастотных колебаний (вибраций). Это могут быть вибрации от раскачивания мостов, гудения машин на улице или топота пешеходов.

Идея возникла из-за постоянных проблем с питанием беспроводных миниатюрных датчиков.Их применение распространяется на многие сферы нашей жизнедеятельности: отслеживание движения зданий и мостов, загрязнения окружающей среды, наличия активных газов в местах добычи угля и т. д. Хотя постоянные усовершенствования в электронных схемах датчиков снижают их энергопотребление, все равно проблема замены элементов питания остается. Особенно остро она ощущается в отдаленных местах, куда очень тяжело, а порой и опасно добираться техническому персоналу. Новая же разработка американских исследователей полностью исключает эту проблему – их генератор может работать практически бесконечно (его время работы намного превышает ресурс существующих датчиков).

Ранее уже предпринимались попытки создания подобных генераторов на основе пьезоэлектрических кристаллов. Но они требовали либо достаточно сильного механического воздействия, либо работали только на определенной (резонансной) частоте вибраций. Дальнейшие исследования в этой области привели к созданию микро-материала с пьезоэлектрическим эффектом, способного генерировать небольшое количество энергии. Чтобы увеличить спектр рабочих частот, нужно было наращивать количество слоев материала. Но такая технология оказалась сильно дорогостоящей – для нормальной работы в широком диапазоне требовалось очень большое количество слоев.

Аспирант Массачусетского технологического института АрманХаяти вместе со своими коллегами разработал миниатюрный генератор, способный работать в широком диапазоне частот вибраций и стабильно генерировать при этом электричество. Они создали микрочип, внутри которого находится своеобразный мост (площадка), подвешенный на гибких якорях. Внутрь моста они поместили пьезоэлектрический микро-материал, способный генерировать энергию от малейших вибраций. В результате проведенных испытаний исследователи обнаружили, что их чип может генерировать энергию не строго на определенной частоте вибрации, а на целом спектре низкочастотных колебаний, причем плотность энергии практически не зависела от частоты вибраций. Всего один слой микроструктуры смог произвести 45 микроватт энергии.

Сейчас команда исследователей совершенствует свое изобретение, пытаясь добиться отдачи как минимум в 100 микроватт. Также исследователи пытаются «заставить» устройство работать на еще более низких частотах, чтобы увеличить спектр природных источников электроэнергии.