Στις πολυσύχναστες πόλεις, ανάμεσα στα βήματα των πεζών και τον θόρυβο της κυκλοφορίας, κρύβεται μια αόρατη πηγή ενέργειας που μέχρι σήμερα διασκορπιζόταν χωρίς να αξιοποιείται. Πρόκειται για τις δονήσεις που παράγονται από γέφυρες, δρόμους, μετρό ή ακόμη και τους διαδρόμους ενός κτιρίου. Ερευνητές από το National Taiwan University αποφάσισαν να εκμεταλλευτούν αυτή την συνήθως αθέατη κίνηση, δημιουργώντας ένα σύστημα που μετατρέπει τις δονήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια με πολύ μεγαλύτερη αποδοτικότητα σε σχέση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες.
Η βασική τεχνολογία στηρίζεται στην πιεζοηλεκτρισμό: ορισμένα υλικά παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα όταν κάμπτονται ή συμπιέζονται. Τα κλασικά συστήματα συλλογής ενέργειας αποτελούνται από μικρές συσκευές που λειτουργούν σαν μικρές ελατήρια ή μοχλοί, αλλά έχουν έναν σημαντικό περιορισμό: είναι βελτιστοποιημένα για συγκεκριμένη συχνότητα δόνησης. Αν το περιβάλλον δονείται σε διαφορετικό ρυθμό, μεγάλο μέρος της δυναμικής ενέργειας χάνεται, όπως ένα ραδιόφωνο που πιάνει καλά μόνο έναν σταθμό ενώ οι υπόλοιποι φτάνουν παραμορφωμένοι.
Η ομάδα υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Wei-Jiun Su υιοθέτησε μια διαφορετική προσέγγιση, την οποία ονόμασε "stretch-mode". Αντί για την παραδοσιακή κάμψη μοχλού, το σύστημα χρησιμοποιεί μια πολύ λεπτή μεμβράνη PVDF, τεντωμένη σαν δέρμα τυμπάνου. Με αυτόν τον τρόπο, ολόκληρη η επιφάνεια συμμετέχει στην παραμόρφωση και παράγει ενέργεια, αξιοποιώντας καλύτερα το υλικό και επεκτείνοντας το φάσμα των δονήσεων που μπορούν να συλλεχθούν.
Το καθοριστικό στοιχείο είναι ένα μικρό κινούμενο βάρος, ελεύθερο να γλιστράει στην επιφάνεια της συσκευής. Όταν η ένταση των δονήσεων αυξάνεται, το βάρος μετακινείται προς τα έξω και μειώνει τη φυσική συχνότητα του συστήματος. Όταν η ένταση μειώνεται, επιστρέφει προς το κέντρο και την αυξάνει. Πρόκειται για έναν απλό αλλά εξαιρετικά αποτελεσματικό μηχανισμό, που επιτρέπει στον γεννήτρια να προσαρμόζεται στο περιβάλλον χωρίς εξωτερικούς ελέγχους.
Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών ήταν εντυπωσιακά: το πρωτότυπο παρήγαγε σχεδόν διπλάσια ενέργεια σε σχέση με τα παραδοσιακά μοντέλα και κάλυψε σχεδόν διπλάσιο εύρος συχνοτήτων. Σε μία από τις δοκιμές, η συσκευή έφτασε κορυφαία τάση σχεδόν 29 volt, ένας αξιοσημείωτος αριθμός για ένα αντικείμενο στο μέγεθος μιας παλάμης. Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι η ικανότητα του συστήματος να διατηρεί σταθερή παραγωγή ακόμα και όταν οι δονήσεις μεταβάλλονται γρήγορα, όπως συμβαίνει στην πραγματική ζωή, με την κυκλοφορία να αυξάνεται ή να μειώνεται και τους πεζούς να περνούν σε ακανόνιστα διαστήματα.
Ο καθηγητής Su υπογραμμίζει ότι αυτή η δυνατότητα αυτοπροσαρμογής ανοίγει νέες προοπτικές για αυτόνομα και χαμηλής συντήρησης συστήματα. Αισθητήρες περιβάλλοντος, εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές, φορητή ηλεκτρονική ή μικρές ασύρματες συσκευές θα μπορούσαν να λειτουργούν χωρίς παραδοσιακές μπαταρίες, τροφοδοτούμενες άμεσα από τις δονήσεις που τις περιβάλλουν. Μια λύση που, εκτός από τη μείωση της εξάρτησης από μπαταρίες που χρειάζονται αντικατάσταση ή φόρτιση, θα μπορούσε επίσης να μειώσει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα που συνδέεται με την απόρριψή τους.
[via]
