С безжични сензорни мрежи може да се управлява всичко – от машините във фабриката през замърсяването в околната среда до мониторинг на вибрациите по мостове и сгради. Поставени на отдалечени места, но работещи заедно и едновременно, сензорите могат да следят функционирането на нефтопроводи, движението на животни в гората и т.н. - като проследяват едновременно различни променливи.

Но има един ограничаващ фактор за още по-широкото навлизане на тази технология – енергията. Дори с въведените подобрения, сензорите продължават да се нуждаят от презареждане на батериите. Това се превръща в сериозен проблем за по-отдалечените райони, както и за обектите, на които са инсталирани хиляди сензори.

Изследователите се опитват да го разрешат като конструират сензори, използващи енергията на естествените източници – вибрации от клатещи се мостове, работещи машини, дори стъпките на пешеходци, обяснява научният портал ScieneDaily. Така нуждата от батерии би могла изцяло да отпадне, а сензорите да получават енергия за неограничено време.

Новината е, че учени от Масачузетския технологически институт са конструирали ново устройство с големината на монета, което „жъне“ енергията от нискочестотни вибрации, като онези по мостове и тръбопроводи. Малкият енергиен комбайн, наречен MEMS /микроелектромеханична система/ може да улавя по-широк регистър вибрации от досегашните устройства. Спрямо устройства със същия размер, генерираната енергия е 100 пъти по-голяма.

На какво се дължи това подобрение? Извличането на електричество от вибрациите в околната среда става предимно с пиезоелектрически материали като кварц и други кристали. Тези материали естествено натрупват електрически заряд от механичен стрес /пиезо на гръцки означава натискам, стискам/. През последните години учените работят върху оползотворяването на пиезоматериалите за изработване на MEMS с микроразмери.

Преобладаващият дизайн на микроустройствата досега е следният: микрочип от пиезоматериал се привързва към горния край на тънко махало. Вибрациите привеждат махалото в движение, в микрочипа се създава напрежение, като пиезоматериалът генерира електрически заряд, улавян от сноп малки електроди.

Но този подход среща ограничения: махалото резонира най-силно при определена честота; извън тази честота движението му отслабва, а с него и електрическия заряд. В лабораторията можеш да постигнеш каквото движение на махалото пожелаеш, но в реалността вибрациите не са константни и получаваш много малко енергия, ако честотата на вибрациите е различна от очакваната – обяснява докторант в MIT, който работи по проекта.

Имало е опити този проблем да се реши с множество различни „махала“, привързани към един чип. Но тази тактика изглежда доста сложна, а и разточителна. Ако трябва да монтираш милиони сензори, твърде скъпо е ако цената на един сензор е 10 долара, обясняват учени в прочутите лаборатории на MIT.

Целта е била да се произведе просто MEMS устройство по цена под 1 долар. Учените са я постигнали с помощта на дизайн, който увеличава регистъра на вибрациите, на които „енергийният комбайн“ реагира. Това от своя страна е позволило да се увеличи „енергийната плътност“, т.е. енергията, създавана на квадратен сантиметър от чипа.

Вместо да използват стария дизайн на махалото, изследователите са свързали с микрочипа малка структура с формата на мост, привързана към повърхността на чипа и в двата края. В средата е поставена малка тежест, а цялото устройство има допир само до един слой пиезоматериал.

По този начин може да се оползотвори не само една честота, а множество различни ниски честоти. Лабораторните тестове показали, че само с един слой пиезоматериал се генерират 45 микровата, което е с два порядъка над досегашните резултати от устройства тип махало.

Тоест, проблемът е решен. Но пространство за подобрение има вероятно до поне 100 микровата, което електронният бизнес би приветствал горещо. Перспективите са наистина огромни. С чипове по 100 микровата например сензорите, които се привързват към нефтопроводите, могат да работят „завинаги“, говорейки си непрестанно един с друг и свеждайки до минимум нуждата от намеса на човека.