19/09/2011 - Ein winziges Gerät erzeugt Energie aus den Vibrationen der Umgebung

Menéame

Ingenieure und Forscher des MIT haben ein mikroelektronisches Gerät entwickelt, das Energie aus Schwingungen mit geringer Frequenz erzeugen kann, wie es entlang einer Pipeline oder einer Brücke geschieht. Im Vergleich zu anderen ähnlichen Systemen erfasst dieses Gerät eine größere Bandbreite von Frequenzen und erzeugt hundertmal mehr Energie. Auf Pablo Javier Piacente.

Ein neues mikroelektronisches Gerät von der Größe einer Währung könnte die Energieerzeugung aus Vibrationen in der Umgebung optimieren, wie Verkehrslärm oder das Summen von Industriemaschinen. Die Entwicklung geht über die Wirksamkeit anderer ähnlicher Geräte hinaus und wurde von einem Team von Spezialisten des Massachusetts Technology Institute (MIT) in den USA entwickelt.

Angesichts der globalen Energieproblematik haben sie im MIT daran gedacht, die aus Schwingungen in der Umgebung erzeugten Elektrizität zu nutzen, wie z.B. die Bewegung von schwingenden Brücken, die Geräuschausstrahlung von Maschinen und die Lärmbelastung im Stadtverkehr.

Es handelt sich um eine natürliche Energiequelle, die die Notwendigkeit von Batterien, z. B. für die Versorgung von drahtlosen Sensoren, die in Überwachung und Sicherheit eingesetzt werden, beseitigen könnte. Die Ersetzung der Batterien in den Sensoren (z. B.) entlang einer Pipeline zur Überwachung ist eine wirklich kostspielige und komplexe Aufgabe, die mit diesen neuen Geräten vermieden werden könnte.

Diese Untersuchung und ihre Ergebnisse wurden in einer Pressemitteilung des MIT und in einem im August letzten Jahres veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht. Das neue Produkt ist in der Lage, ein 100-faches Energievolumen als andere ähnliche Geräte zu erzeugen.

Geringere Kosten und höhere Produktion

Das entwickelte Gerät ist von einer Münze Größe und sammelt eine breite Palette von Vibrationen mit geringer Frequenz, auch höher als andere Werkzeuge mit ähnlichen Abmessungen, die derzeit verwendet werden. Das Energieerzeugungsgerät ist ein Mikroelektromechanisches System (MEMS).

Nach Angaben von Sang-Gook Kim, Professor für Maschinenbau am MIT und einer der Hauptverantwortlichen für die Forschung, könnte das Gerät als Unterstützungsenergie für drahtlose Sensornetze, die in Sicherheits- und Kontrollelementen eingesetzt werden, unter anderem für Anwendungen nützlich sein.

Bisher stand diese Art von Energieaufnahmegeräten aus Vibrationen vor einem komplexen Kostenproblem. Durch die Verwendung mehrerer Schichten von piezoelektrischen Materialien war der Wert jeder Einheit sehr hoch, vor allem angesichts der Verwendung von Millionen drahtlosen Sensoren im Rahmen eines Netzwerks.

Nach Angaben der MIT-Forscher können die Kosten für ein solches herkömmliches Gerät auf 10 Dollar geschätzt werden, während die neuen MEMS-Geräte, die sie entwickelt haben, zu einem Preis von weniger als einem Dollar pro Stück hergestellt werden können, da sie nur eine Piezoschicht verwenden.

Weite Möglichkeiten für die Zukunft

Welche Innovation ermöglicht gerade einen so großen Ausgabenrückgang? Grundsätzlich erhöht das angewandte Design die Reichweite des Geräts in Bezug auf Frequenz oder Bandbreite und maximiert gleichzeitig die Leistungs- oder Energiedichte, die durch einen Quadratzentimeter erzeugt wird. Auf diese Weise wird neben der Verbesserung der wirtschaftlichen Effizienz bis zu hundertmal mehr Energie erzeugt als in ähnlichen Systemen.

Andererseits ist die Ausweitung des Anwendungsbereichs in Bezug auf die Frequenzen nicht weniger wichtig. Es ist zu beachten, dass die Energieaufnahme in den aktuellen Konstruktionen keine Nachteile aufweist, wenn die Vibration in der Umgebung immer nur auf einer Frequenz und nicht auf einer anderen Frequenz liegt.

Doch bei den Geräten, die bis heute verwendet werden, wenn sich die Frequenz auf ein Minimum ändert, sinkt die Leistung drastisch. Das neue Design des MIT ermöglicht eine breitere Bandbreite, indem es diesen Nachteil von Frequenzänderungen beseitigt und die Leistung trotz dieser Änderungen ermöglicht.

In Zukunft erwartet die MIT-Gruppe, dass diese Geräte noch geringere Frequenzen aufnehmen können, da nur wenige Vibrationen in der Natur in den relativ hohen Frequenzen auftreten, die von dieser Klasse von Mikroelektromechanischen Systemen erfasst werden. Wenn das Design optimiert wird und das Gerät in der Lage ist, auf die niedrigsten Frequenzen zu reagieren, kann auch die Energieerzeugung erhöht werden.

Quelle:  MIT News

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