Können elektronische Geräte selbst Energie gewinnen?

Die Nützlichkeit des Internets der Dinge wird von kleinen Sensoren abhängen, die praktisch überall platziert werden, um Daten über die Umwelt zu erfassen oder Produkte und Personen zu verfolgen. Um die größtmögliche Wirkung zu erzielen, müssen solche Sensoren auch ohne Netzanschluss funktionieren oder abhängig von Batterien, die aufgeladen oder ausgetauscht werden müssen. Aus diesem Grund entwickeln Ingenieure Sensoren, die mit Energie auskommen, die aus Umgebungsquellen wie Licht, Temperaturänderungen und Radiowellen gewonnen wird. Hier sind einige Beispiele.





Forscher der University of Washington haben einen neuen Sensor entwickelt, der Strom aus allmählichen Temperaturänderungen gewinnt und zur Erkennung von Problemen wie Lecks oder Rissen in Gebäuden verwendet werden könnte.

Rückstreuung

Shyam Gollakota von der University of Washington und sein Team haben eine Möglichkeit geschaffen, Geräte mit dem Internet zu verbinden, die sehr wenig Strom verbraucht und keine Batterien benötigt. Die Geräte erfassen hochfrequente Energie, die uns überall umgibt, aus Radio-, Fernseh- und Mobilfunknetzen. Gollakota und Kollegen sind nicht die ersten, die Hochfrequenzenergie gewinnen, aber ihre Technologie geht noch einen Schritt weiter, da sie auch die Kommunikation über Wi-Fi erleichtern kann – was normalerweise viel mehr Energie erfordern würde, als von Umgebungsfunkwellen erfasst werden kann. Sie tun dies mit einer Technologie, die sie Wi-Fi Backscatter nennen. Sie haben Tags mit Antennen entwickelt, die zwischen Reflexion und Absorption der umgebenden Funkwellen umschalten. Im Absorptionsmodus sammeln sie Kraft; Im Reflexionsmodus können sie die Hochfrequenzenergie so streuen, dass ein nahe gelegener Wi-Fi-Router erkennen kann. Das Tag verbraucht weniger als 10 Mikrowatt Leistung, um über diese Reflexionen zu kommunizieren, verglichen mit der Leistung in Watt, die für die tatsächliche Übertragung von Wi-Fi-Signalen erforderlich wäre. Heute kann das Tag über eine Reichweite von zwei Metern kommunizieren, aber die Forscher hoffen, diese auf 20 Meter zu erweitern. Die Forscher demonstrieren die Technologie in Dieses Video und erkläre es in dieses Papier.



Veränderung spüren

Eine andere Gruppe von Forschern der University of Washington hat ein Sensorgerät entwickelt, das sich die allmählichen Temperaturänderungen in der Umgebung zunutze macht. Die Sensoren könnten Wasserlecks oder strukturelle Probleme in Gebäuden überwachen und drahtlose Warnungen senden. Der Schlüssel zum Funktionieren dieser Technologie ist ein akkordeonartiger Balg im Inneren des Geräts, der mit einem Gas gefüllt ist, das sich je nach Temperatur ausdehnt oder zusammenzieht; Diese Bewegung wird in Strom umgewandelt. Die Forscher zeigten, dass eine Temperaturänderung von nur 0,25 °C ausreicht, um einen Sensorknoten mit Strom zu versorgen, Daten an einen mehr als fünf Meter entfernten Empfänger zu übertragen und ein E-Ink-Display zu aktualisieren, das die Temperatur anzeigt. Der Sensor ist in dem Papier beschrieben Stromversorgung drahtloser Sensorknoten bei Änderungen der Umgebungstemperatur und eingeblendet Dieses Video.

Antenne auf Chip

Forscher aus Stanford und der University of California, Berkeley, haben ein autarkes Radio von der Größe einer Ameise gebaut. Seine Antenne gewinnt genug Energie aus einem eingehenden Signal, um den darin eingebetteten Befehl auszuführen. Mit einem Herstellungspreis von nur wenigen Cent könnten diese Radios Ingenieuren eine erschwingliche Möglichkeit bieten, fast jede Art von Gerät mit dem Internet zu verbinden. Der Chip wurde in a beschrieben Papier präsentiert auf dem 2014 Symposium on VLSI Circuits.

Nanogenerator

Forscher am Georgia Tech entwickeln Nanogeneratoren, die Energie aus der elektrischen Ladung gewinnen können, die entsteht, wenn zwei verschiedene Materialien aneinander reiben. Dies bedeutet, dass es möglich sein könnte, die ansonsten verschwendete mechanische Energie zu nutzen, die durch Wind, Wellen oder Gehen entsteht, sagt Zhong Lin Wang, der Professor, der die Forschung leitet. Die Forscher haben gezeigt, wie Generatoren bis zu 1.000 LED-Lichter zum Leuchten bringen können, aber die Hoffnung besteht darin, dass sie schließlich Smartphones mit Strom versorgen oder Sensoren ermöglichen, sich selbst mit Strom zu versorgen, um Bewegungen, Vibrationen, Lecks oder Explosionen zu erkennen. Die Erforschung der Generatoren wurde in mehreren Artikeln beschrieben, darunter ein Artikel in Naturkommunikation im März, das erklärt, wie der Generator Elektronik aufladen kann. Lin Wang erklärt darin den triboelektrischen Effekt, der von zwei verschiedenen Materialien erzeugt wird Video.

Das wegnehmen:

Letztendlich könnten wir Telefone und Tablets mit geernteter Umgebungsenergie betreiben, nachdem solche Geräte überarbeitet wurden, um dramatisch weniger Strom zu benötigen. Aber vorerst ist Energy Harvesting nur für kleine Sensoren und Funkgeräte vielversprechend. Die heutigen Versionen der Handys und Laptops, die wir täglich verwenden, benötigen um Größenordnungen mehr Strom.

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