KRISS разрабатывает метаматериал для улавливания и усиления микровибраций для более эффективного сбора энергии

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки, Тэджон, Южная Корея

Метаматериал, разработанный KRISS. (Изображение:Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки)

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал метаматериал, который улавливает и усиливает микровибрации на небольших участках. Ожидается, что это нововведение увеличит выходную мощность системы сбора энергии, которая преобразует потраченную впустую энергию вибрации в электричество, и ускорит ее коммерциализацию.

Сбор энергии относится к технологии, которая преобразует потраченную впустую энергию в виде тепла, света и вибрации в электрическую энергию. Хотя производство солнечной энергии, при котором в качестве источника энергии используется солнечный свет, широко используется, оно накладывает ограничения, такие как нестабильная мощность и неспособность генерировать энергию при определенных погодных условиях.

Напротив, использование повсеместных вибраций в качестве источника энергии обеспечивает стабильное производство электроэнергии без ограничений окружающей среды. Вот почему сбор энергии вибрации продолжает привлекать внимание как будущий источник энергии для датчиков Интернета вещей (IoT), которым требуется постоянное круглосуточное питание, а также носимых медицинских устройств, которые должны измерять артериальное давление и уровень сахара в режиме реального времени.

Основные проблемы, препятствующие сбору энергии вибрации, заключаются в том, что она имеет более низкую выходную мощность и более высокие производственные затраты, что делает ее плохим кандидатом для практического применения. Хотя количество производимой энергии пропорционально величине собранной вибрации, большинство вибраций, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, крошечные.

Чтобы решить эту серьезную проблему, необходимо установить многочисленные преобразовательные устройства, такие как пьезоэлектрические элементы, в нескольких местах, подверженных относительно сильным вибрациям.

Метаматериал, разработанный KRISS, улавливает и накапливает внутри себя микровибрации и усиливает их более чем в 45 раз. Это позволяет генерировать большую электрическую мощность при небольшом количестве используемых пьезоэлектрических элементов. Применяя вибрационный сбор с разработанным метаматериалом, исследовательская группа сумела произвести более чем в четыре раза больше электроэнергии на единицу площади, чем традиционные технологии.

В частности, недавно разработанный метаматериал имеет тонкую плоскую структуру размером примерно с ладонь взрослого человека, что позволяет легко прикрепить его к любой поверхности, где возникает вибрация. Поскольку его структуру можно легко модифицировать в соответствии с объектом, к которому он будет прикреплен, спектр его применения разнообразен:от диагностических датчиков, проверяющих повреждения в высотных зданиях или больших мостах, до небольших биосенсоров, контролирующих состояние здоровья людей.

«Это первое в мире исследование, в котором успешно накапливаются и усиливаются вибрации с использованием поверхностного метаматериала, который временно удерживает вибрации», — сказал старший научный сотрудник Ли Хён Джин из группы акустики, ультразвука и метрологии вибрации в KRISS.

Старший научный сотрудник Группы неразрушающей метрологии Сын Хон Мин также выразил свою заинтересованность, отметив:«Метаматериалы можно использовать для разработки высокоточных и высокочувствительных датчиков следующего поколения за счет значительного усиления сверхтонких вибраций, которые трудно измерить обычными датчиками».

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Ынхе Пэ по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.