La electricidad que ilumina nuestros hogares y alimenta nuestros electrodomésticos también crea pequeños campos magnéticos que están presentes a nuestro alrededor. Los científicos han desarrollado un nuevo mecanismo capaz de recolectar esta energía de campo magnético desperdiciada y convertirla en suficiente electricidad para alimentar redes de sensores de próxima generación para edificios y fábricas inteligentes.

"Al igual que la luz del sol es una fuente de energía gratuita que intentamos cosechar, también lo son los campos magnéticos, "dijo Shashank Priya, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y vicepresidente asociado de investigación en Penn State. "Tenemos esta energía omnipresente presente en nuestros hogares, espacios de oficina, espacios de trabajo y autos. Está en todas partes, y tenemos la oportunidad de recolectar este ruido de fondo y convertirlo en electricidad utilizable ".

Un equipo dirigido por científicos de Penn State desarrolló un dispositivo que proporciona una potencia de salida un 400 por ciento más alta en comparación con otra tecnología de vanguardia cuando se trabaja con campos magnéticos de bajo nivel. como los que se encuentran en nuestras casas y edificios.

La tecnología tiene implicaciones para el diseño de edificios inteligentes, que requerirá redes de sensores inalámbricos autoalimentados para hacer cosas como monitorear la energía y los patrones operativos y controlar los sistemas de forma remota, dijeron los científicos.

"En los edificios, se sabe que si automatiza muchas funciones, en realidad, podría mejorar la eficiencia energética de manera muy significativa, ", Dijo Priya." Los edificios son uno de los mayores consumidores de electricidad en los Estados Unidos. Por lo tanto, incluso un pequeño porcentaje de caída en el consumo de energía podría representar o traducirse en megavatios de ahorro. Los sensores son los que permitirán automatizar estos controles, y esta tecnología es una forma realista de alimentar esos sensores ".

Los investigadores diseñaron dispositivos delgados como el papel, aproximadamente 1,5 pulgadas de largo, que se puede colocar sobre o cerca de electrodomésticos, luces, o cables de alimentación donde los campos magnéticos son más fuertes. Estos campos se disipan rápidamente lejos de la fuente de corriente eléctrica que fluye, dijeron los científicos.

Cuando se coloca a 4 pulgadas de un calentador de espacio, el dispositivo produjo suficiente electricidad para alimentar 180 matrices de LED, y a 8 pulgadas, suficiente para alimentar un reloj despertador digital. Los científicos informaron los hallazgos en la revista. Ciencias de la energía y el medio ambiente .

"Estos resultados proporcionan avances significativos hacia la energía sostenible para sensores integrados y sistemas de comunicación inalámbrica, "dijo Min Gyu Kang, profesor asistente de investigación en Penn State y coautor principal del estudio.

Los científicos utilizaron una estructura compuesta, capas de dos materiales diferentes juntos. Uno de estos materiales es magnetoestrictivo, que convierte un campo magnético en tensión, y el otro es piezoeléctrico, que convierte el estrés, o vibraciones, en un campo eléctrico. La combinación permite que el dispositivo convierta un campo magnético en una corriente eléctrica.

El dispositivo tiene una estructura similar a una viga con un extremo sujeto y el otro libre para vibrar en respuesta a un campo magnético aplicado. Un imán montado en el extremo libre del haz amplifica el movimiento y contribuye a una mayor producción de electricidad. dijeron los científicos.

"La belleza de esta investigación es que utiliza materiales conocidos, pero diseña la arquitectura para maximizar básicamente la conversión del campo magnético en electricidad, ", Dijo Priya. Esto permite lograr una alta densidad de potencia bajo campos magnéticos de baja amplitud".

Rammohan Sri Ramdas, profesor asistente de investigación en Penn State, participó en la investigación.

También contribuyeron Hyeon Lee y Prashant Kumar, asistentes de investigación en Virginia Tech, y Mohan Sanghadasa, científico investigador senior en el Centro de Aviación y Misiles, Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU.

Algunos de los miembros del equipo en este estudio fueron financiados a través de la Oficina de Investigación Naval y los otros a través de la Fundación Nacional de Ciencias.