Электричество, которое освещает наши дома и питает наши приборы, также создает небольшие магнитные поля, которые присутствуют повсюду вокруг нас. Ученые разработали новый механизм, способный собирать эту потерянную энергию магнитного поля и преобразовывать ее в электричество, достаточное для питания сенсорных сетей следующего поколения для умных зданий и заводов.
«Как солнечный свет является бесплатным источником энергии, которую мы пытаемся собрать, так и магнитные поля», - сказал Шашанк Прия, профессор материаловедения и инженерии и заместитель вице-президента по исследованиям в Университете штата Пенсильвания.«Эта вездесущая энергия присутствует в наших домах, офисах, рабочих местах и автомобилях. Она повсюду, и у нас есть возможность собрать этот фоновый шум и преобразовать его в полезную электроэнергию».
Команда под руководством ученых штата Пенсильвания разработала устройство, которое обеспечивает на 400% более высокую выходную мощность по сравнению с другими современными технологиями при работе с магнитными полями низкого уровня, такими как те, которые находятся в наших домах и зданиях..
Эта технология имеет значение для проектирования умных зданий, которые потребуют беспроводных сенсорных сетей с автономным питанием для таких вещей, как мониторинг энергии и режимов работы, а также системы дистанционного управления, заявили ученые.
"Известно, что если автоматизировать множество функций в зданиях, можно значительно повысить энергоэффективность", - говорит Прия. «Здания являются одним из крупнейших потребителей электроэнергии в Соединенных Штатах. Таким образом, даже снижение потребления энергии на несколько процентов может означать или переводиться в мегаватты экономии. Датчики - это то, что позволит автоматизировать эти элементы управления, и эта технология - реалистичный способ питания этих датчиков».
Исследователи разработали тонкие как бумага устройства длиной около 1,5 дюймов, которые можно размещать на приборах, светильниках или шнурах питания или рядом с ними, где магнитные поля наиболее сильны. По словам ученых, эти поля быстро рассеиваются вдали от источника электрического тока.
При размещении на расстоянии 4 дюймов от обогревателя устройство производило достаточно электроэнергии для питания 180 светодиодных матриц, а на расстоянии 8 дюймов - для питания цифрового будильника. Ученые сообщили о своих выводах в журнале Energy and Environmental Science.
«Эти результаты обеспечивают значительный прогресс в обеспечении устойчивого питания для интегрированных датчиков и систем беспроводной связи», - сказал Мин Гю Кан, доцент-исследователь Пенсильванского университета и соавтор исследования.
Ученые использовали композитную структуру, состоящую из двух разных материалов. Один из этих материалов является магнитострикционным, который преобразует магнитное поле в напряжение, а другой является пьезоэлектрическим, который преобразует напряжение или вибрации в электрическое поле. Комбинация позволяет устройству превращать магнитное поле в электрический ток.
Устройство имеет балочную структуру, один конец которой зажат, а другой может свободно вибрировать в ответ на приложенное магнитное поле. По словам ученых, магнит, установленный на свободном конце луча, усиливает движение и способствует более высокой выработке электроэнергии.
«Прелесть этого исследования в том, что в нем используются известные материалы, но проектируется архитектура для максимального преобразования магнитного поля в электричество», - сказала Прия. «Это позволяет достичь высокой плотности мощности в магнитных полях с малой амплитудой».
Раммохан Шри Рамдас, доцент-исследователь Университета штата Пенсильвания, принял участие в исследовании.
Также внесли свой вклад Хён Ли и Прашант Кумар, научные сотрудники Технологического института Вирджинии, и Мохан Сангхадаса, старший научный сотрудник Авиационного и ракетного центра Командования развития боевых возможностей армии США.
Некоторые члены группы в этом исследовании финансировались Управлением военно-морских исследований, а другие - Национальным научным фондом.