Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben een micro-elektromechanische energieoogstmachine ontwikkeld die meer flexibiliteit in het ontwerp mogelijk maakt, wat cruciaal is voor toekomstige IoT-toepassingen.

Vandaag de dag, het zou moeilijk zijn om niet op te merken dat elektronische apparaten ongelooflijk klein zijn geworden. Het gebruik van miniatuursensoren in het komende Internet of Things (IoT)-tijdperk zou ons in staat kunnen stellen toepassingen te ontwikkelen die alleen in sciencefiction te zien zijn. Echter, micro-elektronische apparaten hebben nog steeds stroom nodig om te werken, en energie-oogstende micro-elektromechanische systemen (MEMS) kunnen worden gebruikt zodat deze minuscule constructies kunnen draaien op omgevingsenergie, zoals die afkomstig van mechanische trillingen.

Zoals afgebeeld in Fig. 1, conventionele MEMS-energieoogstmachines gebruiken een elektreet (het elektrische equivalent van een permanente magneet; er is een permanente lading in opgeslagen) geplaatst in een MEMS-afstembare condensator, die een bewegende elektrode heeft die wordt geduwd door omgevingskrachten, het veroorzaken van de beweging van ladingen. Helaas, dit ontwerp is zeer beperkt omdat de fabricageprocessen voor zowel de elektret- als de MEMS-componenten compatibel moeten zijn. Daarom, een team van wetenschappers, waaronder assistent-professor Daisuke Yamane van Tokyo Tech, stelde een nieuwe MEMS elektret-gebaseerde energieoogster voor die uit twee afzonderlijke chips bestaat:één voor de MEMS-afstembare condensator, en een met een elektreet en diëlektrisch materiaal om een ​​andere condensator te vormen (Fig. 1). "Hierdoor kunnen we voor het eerst MEMS-structuren en elektreten fysiek scheiden, ’ zegt Yamané.

Het energie-oogstmechanisme van het apparaat wordt getoond in Fig. 2. De capaciteit van het elektreetcircuit is vast (Cfix), terwijl die van de MEMS-afstembare condensator (CM) verandert volgens het uitrekken van de veer (veroorzaakt door externe trillingen). Wanneer CM hoger wordt dan Cfix, een ladingsbeweging wordt geïnduceerd en de afstembare condensator wordt opgeladen. Hetzelfde, wanneer Cfix hoger is, ladingen bewegen in de tegenovergestelde richting en de condensator in het elektreetcircuit wordt opgeladen.

Deze bewegingen van ladingen vertegenwoordigen elektrisch vermogen dat kan worden geëxploiteerd. De linkerkant van Fig. 3 toont afbeeldingen van de gefabriceerde chips en een vereenvoudigd diagram, en de rechterkant laat zien dat spanning effectief kan worden gegenereerd. "De voorgestelde methode kan een veelbelovende manier zijn om de ontwerp- en fabricageflexibiliteit van zowel MEMS-structuren als elektreten te verbeteren, " concludeert Yamane. Door ontwerpbeperkingen te versoepelen, worden de limieten voor ingenieurs vergroot en wordt het begin van het IoT-tijdperk versneld, zodat we de vruchten ervan kunnen plukken.