Phát triển máy thu hoạch năng lượng thông minh tự cộng hưởng
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Sơ đồ cấu trúc bộ thu năng lượng và hệ thống kẹp thích ứng (ở trên). Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Internet of Things (IoT) là một mạng dựa trên các nút cảm biến không dây cung cấp tài nguyên và thông tin. Để sử dụng lâu dài các thiết bị IoT, pin của chúng phải được thay thế hoặc một số kết nối đường dây điện với hệ thống dây điện phức tạp là bắt buộc. Thay pin hoặc kết nối đường dây điện dài cho nhiều cảm biến được lắp đặt ở những khu vực khó tiếp cận về mặt địa lý rất tốn thời gian, nguy hiểm và tốn kém.
Công nghệ khai thác năng lượng thu thập năng lượng lãng phí như rung động, nhiệt, ánh sáng và sóng điện từ từ các thiết lập hàng ngày, chẳng hạn như ô tô, tòa nhà và thiết bị gia dụng rồi chuyển đổi thành năng lượng điện. Máy thu hoạch năng lượng có thể tạo ra đủ điện để chạy các thiết bị điện tử nhỏ bằng cách thu hoạch các nguồn năng lượng xung quanh mà không cần nguồn điện bên ngoài.
Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) thông báo rằng nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Hyun-Cheol Song tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Điện tử đã phát triển một máy thu năng lượng áp điện điều chỉnh cộng hưởng tự động (ART) có thể tự điều chỉnh cộng hưởng của nó theo môi trường xung quanh. Máy thu hoạch năng lượng này có thể điều chỉnh sự cộng hưởng của chính nó trên dải tần rộng hơn 30 Hz và chuyển đổi năng lượng rung động được hấp thụ thành năng lượng điện.
Đồ thị thể hiện các đặc tính của máy thu hoạch năng lượng ART. Tín dụng: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Quá trình thu hoạch năng lượng chuyển đổi rung động thành năng lượng điện chắc chắn gây ra tổn thất năng lượng cơ học, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng hiện tượng cộng hưởng trong đó rung động khuếch đại khi tần số tự nhiên của vật thể và tần số của rung động khớp nhau.
Tuy nhiên, trong khi tần số tự nhiên của máy thu hoạch năng lượng là cố định, các rung động khác nhau mà chúng ta trải nghiệm trong môi trường hàng ngày có các dải tần số khác nhau. Do đó, tần số tự nhiên của máy gặt đập phải được điều chỉnh theo môi trường sử dụng mỗi lần để tạo ra cộng hưởng, gây khó khăn cho việc đưa vào sử dụng thực tế.
Theo đó, nhóm nghiên cứu của KIST đã phát triển một máy thu hoạch năng lượng được thiết kế đặc biệt có thể tự điều chỉnh theo tần số xung quanh mà không cần một thiết bị điện riêng biệt. Khi bộ thu năng lượng cảm nhận được rung động của môi trường xung quanh, một hệ thống kẹp thích ứng (hệ thống điều chỉnh) được gắn vào bộ thu năng lượng sẽ điều chỉnh tần số của nó thành cùng tần số với rung động bên ngoài, do đó tạo ra sự cộng hưởng. Do đó, có thể nhanh chóng đạt được điều chỉnh tần số cộng hưởng trong vòng hai giây, liên tục tạo ra điện ở dải tần rộng hơn 30Hz.
Các sơ đồ cho thấy tiềm năng sử dụng thực tế của bộ thu hoạch năng lượng ART dẫn động thành công thiết bị định vị bằng cách sử dụng năng lượng rung động của động cơ ô tô. Tín dụng: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Để xác thực chức năng ART trong thế giới thực, máy khai thác năng lượng này được trang bị hệ thống điều chỉnh được gắn trên xe. Không giống như các máy thu năng lượng áp điện đã được giới thiệu trong các nghiên cứu trước đây, nó đã điều khiển thành công một thiết bị định vị không dây mà không cần pin trong môi trường có tần số rung liên tục thay đổi.
Tiến sĩ Song, người đứng đầu nghiên cứu này, cho biết: "Kết quả này cho thấy rằng máy thu hoạch năng lượng sử dụng rung động có thể sớm được áp dụng vào cuộc sống thực của chúng ta. Nó được kỳ vọng sẽ được áp dụng như một nguồn năng lượng độc lập cho các cảm biến không dây, bao gồm cả IOT, trong thế giới tương lai."
