Thor, deusi nordik i bubës, është i njohur për aftësinë e tij për të shndërruar energji nga asgjë. Rezulton se nuk keni nevojë domosdo për një çekan magjik për të kryer këtë, pasi shkencëtarët kanë krijuar një pajisje që grumbullon energji elektrike nga rrezatimi në mjedisin e saj.
Kërkuesit nga Universiteti i Arkansas dhe Universiteti i Michigan kanë zhvilluar një kolektor energjie bazuar në grafen, i cili gjeneron energji elektrike duke shfrytëzuar rrezatimin ambient nga kabuj të elektricitetit të afër.
Ata demonstratuan teknologjinë me një sistem sensorësh të temperaturës që nuk përdor bateri, i cili përbëhet nga kolektori i energjisë, qarqet e konvertimit të energjisë, kondensatorët e ruajtjes së energjisë dhe një sensor temperaturës me konsum shumë të ulët. Sistemi funksionon pa tel, duke gjeneruar energjinë e nevojshme për të ushqyer sensorin përmes induksionit elektromagnetik.
Pra, si arrin rrezatimi ambient nga kabujt e elektricitetit të ushqyjë një pajisje të pavarur? Rryma elektrike që rrjedh përmes një kablli gjeneron një fushë magnetike përreth tij. Me rryma alternative (AC), fusha ndryshon vazhdimisht drejtim dhe intensitet ndërsa rryma oscilon. Në SHBA, ku kërkuesit zhvilluan sistemin e tyre, kjo ndodh në 60 Hz (60 cikle në sekondë). Këto fusha magnetike në ndryshim mbajnë energji.
Kërkuesit zbuluan se si të kapërcejnë një pjesë të kësaj energjie dhe ta konvertojnë në energji elektrike të mjaftueshme për të ushqyer një sensor të temperaturës të vogël. Ata fabrikuan një induktor nga grafen dhe e integruan një qendër prej çeliku për të përmirësuar aftësinë e tij për të kapur fushën magnetike. Kur vendoset pranë një kablli të energjisë, fusha magnetike në valë kalon përmes induktorit dhe indukon një voltazh të vogël të alternuar. Ky fenomen është i njëjtë me parimin themelor të induksionit elektromagnetik që qëndron pas transformatorëve dhe gjeneratorëve konvencionalë.
Megjithatë, ky sinjal elektrik i vogël nuk është i dobishëm menjëherë për ushqyerjen e komponentëve elektronikë.
Për të filluar, është rryma alternative (AC), ndërsa sensori kërkon rryma të drejta (DC). Voltazhi i tij është gjithashtu shumë i ulët për të ushqyer diçka në mënyrë të besueshme. Kjo na çon te pjesa e dytë e pajisjes së kërkuesve: qarqet e konvertimit të energjisë dhe ruajtjes së energjisë.
Kërkuesit zhvilluan një qark, bazuar në një shumëplikues të voltazhit Cockcroft-Walton, i cili rregullon sinjalin AC në DC dhe e rrit gradualisht voltazhin në nivele të përshtatshme për elektronikën e sensorit. Përkundër përdorimit të një baterie tradicionale të rimbushshme, sistemi ruaj energjinë e grumbulluar në tre kondensatorë. Këto kondensatorë akumulojnë gradualisht ngarkimin elektrik. Sipas kërkuesve, kolektori e rimbush energjinë e ruajtur më shpejt se sa sensori i temperaturës e konsumon.
Në këtë fazë, edhe pas të gjitha modifikimeve, energjia elektrike është ende shumë e ulët për të ushqyer elektronikën standarde. Për të zgjidhur këtë kufizim, hulumtuesit e ndërmorrën një qasje “përputhni shpenzimet me të hyrat”. Ata krijuan një sistem të veçantë ultra-eficient për matjen e temperaturës, i cili funksionon në nivelin nanovat dhe konsumon vetëm miliardat e një vati. Për të kuptuar më mirë, ky sistem konsumon teknikisht rreth 30 milionë herë më pak energji se një AirPod.
Megjithëse induktori i grafenit grumbullon energji relativisht ngadalë, hulumtuesit thonë se ai mund të rimbushë kapacitorët më shpejt se sa sensori i konsumon. Kjo lejon që sistemi të vazhdojë të funksionojë sa kohë që është e disponueshme energjia elektromagnetike. Kapacitorët gjithashtu ruajnë energji të tepërt, duke lejuar që sensori të vazhdojë të funksionojë edhe kur furnizimi me energji elektrike në zonën përreth ndërpritet. Sipas hulumtuesve, kjo ngarkesë e ruajtur mund të e mbajë atë në funksion për të paktën 24 orë, dhe mund të zgjatohet deri në një javë.
“Induktori shton ngarkesë në këto kapacitorë me një ritëm të ngadalë”, thotë Prof. Paul Thibado, inventori i këtij sistemi për grumbullimin e energjisë nga grafeni. “Por, ky ritëm është më i shpejtë se ai me të cilin sensori e shpenzon ngarkesën nga kapacitorët. Pra, edhe nëse energjia elektrike ndërpritet, ai ende mund të marrë ngarkesë nga kapacitorët. Sistemi, ashtu siç është krijuar, mund të funksionojë lehtësisht për 24 orë – ndoshta edhe për një javë.”
Përmbledhje: Hulumtuesit krijuan një sistem për matjen e temperaturës që funksionon me një sasi të pafundë energjie elektrike, e tërhequr nga rrezatimi i mjedisit, falë një sistemi të veçantë për grumbullimin e energjisë të bërë nga grafeni. Sa kohë që ka energji elektrike në kabujt e ngrohjes, ky sistem i pavarur mund të vazhdojë detyrën e tij të matjes së temperaturës përgjithësisht.
Një shembull i përsosur i aplikimit të këtij sistemi është një fabrikë industriale e madhe me mijëra sensa të temperaturës që monitorojnë makinerinë, tubat dhe mjedisin në përgjithësi. Zakonisht, këto sensa kanë nevojë për furnizim me energji elektrike përmes kabllorave, e cila sjell kompleksitete, ose për bateri që nën kërcënim të zevendesimit. Me këtë pajisje të hulumtuesve, një numër i madh i sensave mund të funksionojnë pa asnjë kabllo ose pa pasur nevojë të rimbushin baterinë.
Tani, për sqarimet dhe kufizimet.
Së pari, sistemi demonstron se ka nevojë për fusha magnetike të forta dhe në ndryshime pranë kabllorave të energjisë elektrike. Ai nuk mund të gjenerojë energji kudo. Më tej, hulumtuesit ende nuk kanë treguar se sistemi mund të fillojë vetëm, nga një gjendje krejtësisht e de-energizuar. Kapacitorët ishin të ngarkuar dhe procesori ishte programuar para fillimit të funksionimit. Së fundi, prodhimi i vogël i energjisë, vetëm nanovat, i këtij sistemi, nuk mund të ushqejë gjë tjetër veçse sensorin e dedikuar. Pra, mos prisni një të ardhme të afërt ku telefoni juaj do të ngarkohet vetë nga ajri.
Grupi po punon me sensorë të temperaturës si një demonstrim konceptual, por vizionin përdorimin e sistemit në një gamë të gjerë sensorësh me konsum të ulët energjie, për aplikacione të tilla si “ndjekja e produkteve, monitorimi atmosferik, menaxhimi i flotës logjistike, monitorimi i tokës dhe i pajisjeve të fitness-it, si dhe monitorimi mjekësor”, ndër të tjera.
Kërkuesit po punojnë gjithashtu në mbledhjen e energjisë nga burime të tjera, si akustike, jo-linjore, diellore, termike, kinetike dhe rrezatim ambient, me qëllimin e përgjithshëm të zhvillimit të sistemeve të pavarura sensorësh që e marrin energjinë nga burime të shumta në mjedisin përreth.
Një artikull mbi studimin u botua në revistën “Journal of Vacuum Science and Technology”.
Burimi: Universiteti i Arkansas.
Burimi: newatlas.com
