Недавнее исследование, связанное с UNIST, разработало самоподдерживающуюся сенсорную платформу для непрерывного мониторинга окружающей среды без внешнего источника питания.
Это исследование было проведено под руководством профессора Jaeyouk Choi из отдела электротехники и вычислительной техники UNIST в сотрудничестве с профессором Wonjoon Choi из отдела машиностроения Корейского университета. В выводах, опубликованных в мартовском номере журнала Nano Energy, отмечается, что предлагаемая платформа, как ожидается, будет способствовать расширению функций самоподдерживающейся системы для различных целевых элементов окружающей среды.
В ходе исследования исследовательская группа представила самоподдерживающуюся платформу обнаружения движения воды (SS-WMS) для мониторинга и отображения изменяющейся во времени динамики движения воды, такой как частота и амплитуда, с использованием только энергия, полученная из самого движения воды.
Автономная сенсорная платформа является ключевым компонентом для Интернета вещей (IoT) и систем интеллектуальных сетей. Существующие сенсорные платформы требуют энергии для работы и отображения обнаруженной информации. Таким образом, мониторинг, обработка и отображение мельчайших изменений целевого элемента окружающей среды в режиме реального времени без использования внешних источников питания или накопителей энергии, таких как батареи, были сложной задачей..
Исследовательская группа решила эту проблему с помощью сбора энергии, важной технологии для постоянных сенсорных платформ. Сбор энергии, также известный как сбор энергии, представляет собой технологию сбора энергии из различных источников в окружающей среде, таких как ветер, вода, свет, тепло и механическая энергия, для преобразования в электрическую энергию для удобного использования.
«Практически невозможно вручную запитать большое количество датчиков или периодически заменять батареи», - говорит профессор Чой из UNIST. «Недавно разработанная полупроводниковая схема способна выполнять несколько функций одновременно, включая сбор энергии и анализ динамики».
Предлагаемая сенсорная платформа состоит из трибоэлектрического наногенератора на водной основе (WC-TENG), самоподдерживающейся интегральной схемы датчика движения воды (SS-WMS IC) на тестовой печатной плате (PCB) и массив светодиодов для отображения обнаруженных частот и амплитуд движения воды.
Схемы, которые хранят собранную электрическую энергию и одновременно анализируют сигналы, изготовлены с использованием процесса CMOS (комплементарный металлооксидный полупроводник). КМОП - это экономически целесообразный метод, используемый в производстве полупроводников, а также аналоговых и цифровых схем. Он состоит из транзисторов P-типа и N-типа и может быть выполнен в виде схем, обрабатывающих различные сигналы. Более того, из-за дешевизны производства это также выгодно для коммерциализации.
В этом исследовании группа профессора Чоя разработала микросхему SS-WMS на основе стандартной 65-нм КМОП-технологии, так что один полупроводниковый КМОП-чип размером с глыбу песка может одновременно выполнять несколько функций.
По словам исследовательской группы, их недавно разработанная платформа SS-WMS преодолела внутренние ограничения предыдущих самоподдерживающихся датчиков, повысив надежность и непрерывность работы в режиме реального времени и предоставив более полезную и сложную информацию о целевые элементы окружения.
Он также способен проводить генерацию и сбор энергии, зарядку конденсаторов, анализ движения воды, а также управление светодиодами для отображения воспринятой информации, не препятствуя мобильности датчиков и не требуя значительных усилий и затрат на последующее управление, соответственно
Более того, поскольку концепция интегрированной единой платформы не требует внешнего источника питания и значительно снижает требования к хранению энергии, ее можно применять к платформе с беспроводными датчиками или датчиками без питания, а также к электростанциям на возобновляемых источниках энергии, отмечает исследовательская группа..
Профессор Чой отмечает: «Эта недавно разработанная сенсорная платформа представляет собой устройство с низким энергопотреблением, которое работает исключительно за счет энергии, полученной от самого движения воды». Он добавляет: «Его можно использовать в качестве сенсорной платформы окружающей среды для непрерывного мониторинга потоков воды или течений, общего количества осадков в час, а также утечки или случайного разлива опасных отходов на промышленных объектах».
«Вся работа платформы может питаться исключительно за счет энергии, полученной от WC-TENG», - говорит профессор Чой. «Мы ожидаем, что эта платформа может внести свой вклад в разработку новых типов самоподдерживающихся сенсорных платформ для жидкостей, таких как морская вода и динамика волн, отслеживание осадков и системы постоянного мониторинга утечек жидкости».