Автономные датчики пожарной сигнализации и окружающей среды

Новое устройство, известное как MC-TENG — сокращение от многослойного цилиндрического трибоэлектрического наногенератора — вырабатывает электроэнергию, собирая энергию от спорадического движения ветвей дерева, на которых оно висит. Система датчиков с автономным питанием может непрерывно контролировать пожар и условия окружающей среды, не требуя обслуживания после развертывания.

Традиционные методы обнаружения лесных пожаров включают спутниковый мониторинг, наземное патрулирование, сторожевые вышки и другие методы, требующие высоких трудовых и финансовых затрат в обмен на низкую эффективность. Современные технологии дистанционных датчиков становятся все более распространенными, но в основном они основаны на технологии аккумуляторов для питания.

Хотя солнечные батареи широко используются в портативной электронике или системах с автономным питанием, их сложно установить в лесу из-за затенения или покрытия пышной листвой.

Технология TENG преобразует внешнюю механическую энергию — например, движение ветки дерева — в электричество посредством трибоэлектрического эффекта — явления, при котором определенные материалы становятся электрически заряженными после того, как они отделяются от второго материала, с которым они ранее контактировали.

Простейший вариант ТЭН-устройства состоит из двух цилиндрических втулок из уникального материала, которые вставляются одна в другую. Основная втулка закреплена сверху, в то время как нижняя втулка может свободно скользить вверх и вниз и перемещаться из стороны в сторону, ограничиваясь только эластичной соединительной лентой или пружиной. Поскольку два рукава двигаются не синхронно, прерывистая потеря контакта генерирует электричество. MC-TENG оснащены несколькими иерархическими трибоэлектрическими слоями, увеличивающими электрическую мощность.

MC-TENG хранит свой спорадически генерируемый электрический ток в микросуперконденсаторе на основе углеродных нанотрубок. Исследователи выбрали эту технологию из-за ее быстрой зарядки и разрядки, что позволяет устройству адекватно заряжаться только при коротких, но устойчивых порывах ветра. При очень низкой частоте вибрации MC-TENG может эффективно генерировать электричество для зарядки подключенного суперконденсатора менее чем за три минуты.

Исследователи оснастили первоначальный прототип датчиками угарного газа и температуры. Добавление датчика температуры должно было снизить вероятность ложноположительных показаний углекислого газа.

Команда проведет полевые испытания производственного устройства для мониторинга условий окружающей среды в лесу и тестовых сценариев с использованием материалов, имитирующих настоящий пожар.

Они также нацелены на добавление дополнительных функций, позволяющих адаптировать устройство к погодным условиям и условиям окружающей среды, в которых оно используется.