Un dispositivo portátil de recolección de energía podría generar energía a partir del balanceo de un brazo mientras camina o trota, según un equipo de investigadores del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y la Universidad de Utah. El dispositivo, aproximadamente del tamaño de un reloj de pulsera, produce suficiente energía para ejecutar un sistema de monitoreo de salud personal.
"Los dispositivos que fabricamos con nuestros materiales optimizados funcionan entre 5 y 50 veces mejor que cualquier otra cosa que se haya informado, "dijo Susan Trolier-McKinstry, el Profesor Steward S. Flaschen de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Eléctrica, Penn State.
Los dispositivos de recolección de energía tienen una gran demanda para alimentar los millones de dispositivos que componen el Internet de las cosas. Al proporcionar energía continua a una batería recargable o supercondensador, Los recolectores de energía pueden reducir el costo laboral de cambiar las baterías cuando fallan y mantener las baterías agotadas fuera de los vertederos.
Ciertos cristales pueden producir una corriente eléctrica cuando se comprimen o pueden cambiar de forma cuando se aplica una carga eléctrica. Este efecto piezoeléctrico se utiliza en dispositivos de ultrasonido y sonar, así como la recolección de energía.
En este trabajo, Trolier-McKinstry y su ex estudiante de doctorado, Hong Goo Yeo, utilizó un material piezoeléctrico conocido, PZT, y lo revistió en ambos lados de una hoja de metal flexible a un espesor cuatro o cinco veces mayor que en dispositivos anteriores. Un mayor volumen de material activo equivale a la generación de más energía. Al orientar la estructura cristalina de la película para optimizar la polarización, se incrementó el desempeño —conocido como la figura del mérito— de la captación de energía. Las tensiones de compresión que se crean en la película a medida que crece en las láminas metálicas flexibles también significa que las películas PZT pueden soportar altas tensiones sin agrietarse. haciendo dispositivos más robustos.
"Hubo algunos buenos desafíos en la ciencia de los materiales, "Trolier-McKinstry dijo sobre este trabajo, informó en una edición en línea de vista previa de Materiales funcionales avanzados antes de la publicación impresa. "La primera fue cómo conseguir un espesor de película alto en una lámina de metal flexible. Luego, necesitábamos obtener la orientación adecuada del cristal para obtener el efecto piezoeléctrico más fuerte".
Colaboradores de la Universidad de Utah y del Departamento de Ingeniería Mecánica de Penn State diseñaron un novedoso dispositivo similar a un reloj de pulsera que incorpora los materiales de lámina metálica / PZT. El dispositivo utiliza una rotación libre, rotor excéntrico de latón con imán integrado, y múltiples haces PZT con un imán en cada haz. Cuando el imán del rotor se acerca a uno de los rayos, los imanes se repelen y desvían el rayo, arrancando el haz en un proceso que se conoce como conversión ascendente de frecuencia. La frecuencia lenta de una muñeca giratoria se convierte en una oscilación de frecuencia más alta. El diseño de este dispositivo es más eficiente que un recolector electromagnético estándar, como los que se usan en los relojes autoamplificados, según Trolier-McKinstry.
En el trabajo futuro, el equipo cree que pueden duplicar la potencia de salida utilizando el proceso de sinterización en frío, una tecnología de síntesis a baja temperatura desarrollada en Penn State. Además, los investigadores están trabajando para agregar un componente magnético a la cosechadora mecánica actual para recolectar energía durante una mayor parte del día cuando no hay actividad física.
