KRISS разработал метаматериал для захвата и усиления микровибраций для улучшения сбора энергии

Korea Research Institute of Standards and Science, Тэджон, Южная Корея

Метаматериал, разработанный KRISS. (Изображение: Korea Research Institute of Standards and Science)

Суть инновации

Корейский институт стандартов и науки (KRISS) разработал метаматериал, который ловит и усиливает микровибрации в малых областях. Это инновация ожидает увеличить выходную мощность сбора энергии (energy harvesting), преобразующей потерянную вибрационную энергию в электричество, и ускорить ее коммерциализацию.

Сбор энергии относится к технологии, преобразующей потерянную энергию в виде тепла, света и вибрации в электрическую энергию. Хотя солнечная генерация, использующая солнечный свет как источник энергии, широко используется, она имеет ограничения, такие как нестабильный выход и невозможность генерации при определенных погодных условиях.

В противовес, использование повсеместных вибраций как источника энергии позволяет стабильную генерацию без ограничений окружающей среды. Именно поэтому вибрационный сбор энергии продолжает привлекать внимание как будущий источник питания для датчиков Интернета вещей (IoT), требующих постоянного питания 24/7, и носимых медицинских устройств, которые должны измерять давление и уровень сахара в реальном времени.

Проблемы и решение

Основные проблемы, препятствующие вибрационному сбору энергии — более низкая выходная мощность и более высокие производственные затраты, делающие его плохим кандидатом для практического применения. Хотя производимая мощность пропорциональна величине собираемой вибрации, большинство вибраций, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, крошечны.

Для преодоления этой значительной проблемы необходимо устанавливать множество преобразовательных устройств, таких как пьезоэлементы, в нескольких локациях, подверженных относительно большим вибрациям.

Метаматериал, разработанный KRISS, ловит и накапливает микровибрации внутри себя и усиливает их более чем в 45 раз. Это позволяет генерировать крупномасштабную электрическую мощность при небольшом количестве используемых пьезоэлементов. Применяя вибрационный сбор с разработанным метаматериалом, исследовательская команда преуспела в генерации более чем в 4 раза больше электричества на единицу площади, чем конвенциональные технологии.

Практическое применение

В частности, вновь разработанный метаматериал имеет тонкую плоскую структуру примерно размера с ладонь взрослого человека, позволяя легко прикрепить его к любой поверхности, где возникает вибрация. Поскольку его структура может быть легко модифицирована для подгонки под объект, к которому он будет прикреплен, его область применения разнообразна: от диагностических сенсоров, проверяющих повреждения в небоскребах или больших мостах, до малых биосенсоров, мониторящих состояние здоровья людей.

«Это исследование первое в мире, успешно накопившее и усилившее вибрации с использованием поверхностного метаматериала, временно задерживающего вибрации», — сказал старший исследователь Ли Хён Джин из группы метрологии акустики, ультразвука и вибрации KRISS.

Старший исследователь Сын Хон Мин из группы неразрушающей метрологии также выразил заинтересованность, прокомментировав: «Метаматериалы могут быть использованы для разработки датчиков следующего поколения с высокой точностью и высокой чувствительностью, значительно усиливая ультратонкие вибрации, которые было трудно измерить конвенциональными сенсорами».

Для дополнительной информации свяжитесь с Ынхэ Бае: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..