Energian keruuta MEMS:llä ja fraktaaleilla

Vasemmalla kuvat suunnitellusta järjestelmästä; MEMS-viritettävän kondensaattorin kampatyyppinen rakenne. Oikealla mitattu jännite osoittaa, että mekaanista värähtelyenergiaa voidaan kerätä tehokkaasti.

Yhä laajemmin käyttöön otettavat itsenäiset langattomat anturointiratkaisut kaipaavat myös itsenäistä käyttötehon tuottoa.

Tokion Techin tutkijat ovat kehittäneet aiempaa tehokkaamman mikroelektromekaanisen energiaharvesterin.

Nykyisin monet MEMS-energiankorjuurakenteet hyödyntävät elektreettiä (pysyvä sähköinen varaus), joka on sijoitettu MEMS-rakenteiseen kondensaattoriin, jonka liikkuva elektrodi indusoi mekaanisen liikkeen varaukseksi.

Valitettavasti tämä rakennelma on hyvin rajoittunut koska sekä elektreetin että MEMS-komponenttien valmistusprosessien on oltava yhteensopivia.

Siksi tutkijaryhmä kehitti uuden ratkaisun, joka koostuu kahdesta erillisestä sirusta: toinen MEMS-viritettävälle kondensaattorille ja toinen sisältäen elektreetin ja dielektrisen materiaalin muodostaman toisen kondensaattorin.

Toisin kuin aiemmissa ratkaisuissa rakenne mahdollistaa, että elektreetti ja MEMS-viritettävä kondensaattori ovat eri siruissa, jolloin suunnittelun rajoitteet kevenevät ja tehon tuotto paranee.

King Abdullah University of Science and Technologyn (KAUST) tutkijoiden kehittämä pienenergian keruulaite hyödyntää erilaisista langattomista lähteistä peräisin olevilla radioaaltoja aiempaa tehokkaammin.

Tutkijat lähtivät siitä, että elektroniikkalaitteiden ympärillä olevaa kotelointia voisi hyödyntää antennien sijoittamiseen pienemmin kustannuksin ja tilavaatimuksin.

Lisäksi professori Atif Shamim ja hänen tiiminsä tutki strategioita rakentaa pienikokoisia antenneja, jotka virittyvät erilaisten langattomien laitteiden emittoimiin radiotaajuussignaaleihin.

Useimmat radiotaajuiset keruulaitteet voivat käyttää vain yhtä langattoman taajuuden osaa, mutta Shamimin ryhmä ryhtyi tuottamaan monikaistaista ratkaisua, joka voi kerätä enemmän energiaa useilta tietoliikenteen lähteiltä.

Tutkijat tukeutuivat kuutionmuotoiseen kotelointiin ja sen pinnalle printattuihin fraktaaleista muodostuviin antenneihin.

Fraktaaliantennit voivat ottaa käyttöön useita resonansseja, jotka mahdollistavat hyödyntää radiotaajuuksia laajemmin. Kotelointikuution symmetrinen geometria pyrki tehostamaan tätä vaikutusta keräämällä säteilyä kaikilta sivuilta.

Kokeet reaalimaailmassa todistivat, että harvesteri pystyi keräämään tarpeeksi radiotaajuusenergiaa pienten langattomien anturien käyttämiseen.

Aiheesta aiemmin:

Joustava ja monitoiminen energian talteenotto

Monenlaista energian keruuta

Uusi menetelmä pienenergian keruuseen