Anonim

Tilfeldige vibrasjoner gjør små trær til kraftverk

Miljø

Lynda Delacey

3. mars 2016

Elektrisk energi ble konvertert fra strukturelle oscillasjoner av en liten "stamme og gren" -anordning

Gå til side vindmøller, det er en ny måte å høste kinetisk energi på i arbeidene. Et forskerhold på Ohio State University har skapt elektromekaniske enheter som ser ut som små bladløse trær og kan generere elektrisitet når de beveges av seismisk aktivitet, svake bevegelser i en høy bygning eller vibrasjonene fra trafikk på en bro.

Før vi begynner å tenke på store felt med spirende trelignende kraftgeneratorer, bør det påpekes at denne ideen er for situasjoner hvor små mengder kraft er påkrevd.

I en studie som ble publisert i forrige måned, forklarte forskerne sine eksperimenter med den nye vibrerende energisamlingsplattformen. "Bygninger svinger aldri så lite i vinden, broer svinger når vi kjører på dem og bilsuspensjoner absorberer støt i veien, " sier prosjektleder Ryan Harne. "Faktisk er det en enorm mengde kinetisk energi forbundet med de bevegelsene som ellers går tapt. Vi vil gjenopprette og resirkulere noe av den energien. "

Det opprinnelige målet er å drive lavspenningssensorer som opprettholder den strukturelle integriteten til sivile strukturer som broer eller bjelkene dypt inne i høyhus. For tiden er denne jobben utført av batteridrevne sensorer, metoder som er dyre og vanskelig å vedlikeholde på eksterne steder. Sensorer som kan fange vibrasjonsenergi, kan gjøre jobben sin på en helt selvforsynt måte.

Tidligere har forskere antatt at tilfeldige bevegelser generert i naturen ikke kunne være det mest hensiktsmessige alternativet for å skape konsistente svingninger som trengs for å gjøre brukbar elektrisitet. Som sådan har kunstige, ikke-tilfeldige vibrasjoner vært brukt i eksperimenter. I motsetning har Ohio-teamet utforsket måter å fange opp generert energi på en mer naturlig, tilfeldig måte.

Gjennom matematisk modellering har Harne arbeidet ut at det er mulig for trelignende strukturer å opprettholde vibrasjoner med jevn frekvens til tross for store, tilfeldige innganger takket være intern resonans, et fenomen som gjør det mulig for visse mekaniske systemer å sprenge intern energi. Energien kan da bli fanget og lagret via strømkrets.

Harne og hans kolleger testet modellen ved å bygge en enhet laget av to stålbjelker som danner en L-form (ligner en koffert og gren) støttet av en klemme og festet til en struktur som rystet frem og tilbake ved høye frekvenser. Bjelkene ble forbundet med en strimmel polyvinylidenfluorid (PVDF) for å konvertere strukturelle svingninger til elektrisk energi.

Når enheten reagerte på høye frekvenser, svingte den med bare små amplituder, knapt synlige for det blotte øye. Likevel produserte den ca. 0, 8 volt. Men da forskerne la tilfeldig støy til systemet, begynte treet å vise hva Harne kalte "metningsfenomenene. " Det nådde tipping-punktet hvor høyfrekvent energi ble plutselig kanalisert til lavfrekvens-svingning. På dette tidspunktet svingte treet frem og tilbake, med trunk og gren vibrerende i synkronisering. Denne lavfrekvent bevegelsen produserte rundt 2 volt elektrisk energi, mer enn dobbelt spenningen og nok til å oppnå et bevis på konseptet.

"Vi introduserte massive mengder støy, og fant at metning fenomenet er svært robust, og spenningen utgang pålitelig, " harne sa. "Det var ikke kjent før. " Han håper å fortsette å utvikle ideen.

Studien er publisert i Journal of Sound and Vibration .

Kilde: Ohio State University

Elektrisk energi ble konvertert fra strukturelle oscillasjoner av en liten "stamme og gren" -anordning

Anbefalt Redaksjonens