MC-TENG: Самозаправляемая система тревоги для непрерывного мониторинга лесных пожаров и окружающей среды

Новое устройство, известное как MC-TENG — сокращение от многослойного цилиндрического трибоэлектрического наногенератора — генерирует электрическую энергию, собирая энергию от спорадического движения веток деревьев, с которых оно висит. Самозаправляемая система датчиков может непрерывно мониторить пожарные и экологические условия без необходимости обслуживания после развертывания.

Традиционные методы обнаружения лесных пожаров включают спутниковый мониторинг, наземные патрули, смотровые башни и другие, которые имеют высокие трудовые и финансовые затраты в обмен на низкую эффективность. Текущие удаленные сенсорные технологии становятся более распространенными, но в основном полагаются на батарейные технологии для питания.

Хотя солнечные элементы широко использовались для портативной электроники или самозаправляемых систем, сложно установить их в лесу из-за затенения или покрытия густой листвой.

Технология TENG преобразует внешнюю механическую энергию — такую как движение ветки дерева — в электричество через трибоэлектрический эффект, феномен, при котором определенные материалы становятся электрически заряженными после разделения от второго материала, с которым они ранее были в контакте.

Простейшая версия устройства TENG состоит из двух цилиндрических рукавов уникального материала, которые вкладываются друг в друга. Центральный рукав закреплен сверху, в то время как нижний рукав свободен скользить вверх и вниз и двигаться из стороны в сторону, ограниченный только эластичным соединительным ремнем или пружиной. По мере того как два рукава движутся асинхронно, прерывистая потеря контакта генерирует электричество. MC-TENG оснащены несколькими иерархическими трибоэлектрическими слоями, увеличивающими электрический выход.

MC-TENG хранит свою спорадически генерируемую электрическую энергию в карбонанотрубковом микросверхконденсаторе. Исследователи выбрали эту технологию за ее быстрые времена заряда и разряда, позволяющие устройству адекватно заряжаться только с короткими, но устойчивыми порывами ветра. При очень низкой частоте вибрации MC-TENG может эффективно генерировать электричество для зарядки присоединенного сверхконденсатора менее чем за три минуты.

Исследователи оснастили начальный прототип датчиками угарного газа и температуры. Добавление датчика температуры предназначалось для снижения вероятности ложноположительного показания углекислого газа.

Команда будет полевым тестировать производственное устройство для мониторинга лесных экологических условий и тестовых сценариев, используя материалы, имитирующие реальный пожар.

Они также стремятся добавить дополнительную функциональность, позволяя устройству адаптироваться к погодным и экологическим условиям, где оно развернуто.