De elektriciteit die onze huizen verlicht en onze apparaten van stroom voorziet, creëert ook kleine magnetische velden die overal om ons heen aanwezig zijn. Wetenschappers hebben een nieuw mechanisme ontwikkeld dat in staat is om deze verspilde magnetische veldenergie te oogsten en om te zetten in voldoende elektriciteit om de volgende generatie sensornetwerken voor slimme gebouwen en fabrieken van stroom te voorzien.

"Net zoals zonlicht een gratis energiebron is, proberen we te oogsten, net als magnetische velden, " zei Shashank Priya, hoogleraar materiaalkunde en techniek en associate vice-president voor onderzoek aan Penn State. "We hebben deze alomtegenwoordige energie in onze huizen, kantoorruimtes, werkruimtes en auto's. Het is overal, en we hebben de mogelijkheid om dit achtergrondgeluid te oogsten en om te zetten in bruikbare elektriciteit."

Een team onder leiding van wetenschappers van Penn State heeft een apparaat ontwikkeld dat 400 procent meer vermogen levert dan andere state-of-the-art technologie bij het werken met magnetische velden van laag niveau. zoals die in onze huizen en gebouwen.

De technologie heeft implicaties voor het ontwerp van slimme gebouwen, waarvoor zelfaangedreven draadloze sensornetwerken nodig zijn om dingen te doen zoals het bewaken van energie en operationele patronen en op afstand bedienbare systemen, zeiden de wetenschappers.

"In gebouwen, het is bekend dat als je veel functies automatiseert, je zou de energie-efficiëntie zelfs aanzienlijk kunnen verbeteren, " Zei Priya. "Gebouwen zijn een van de grootste elektriciteitsverbruikers in de Verenigde Staten. Dus zelfs een daling van het energieverbruik van een paar procent kan een besparing van megawatt betekenen of zich vertalen in een besparing. Sensoren maken het mogelijk om deze controles te automatiseren, en deze technologie is een realistische manier om die sensoren van stroom te voorzien."

Onderzoekers ontwierpen flinterdunne apparaten, ongeveer 1,5 inch lang, die op of in de buurt van apparaten kunnen worden geplaatst, lichten, of netsnoeren waar de magnetische velden het sterkst zijn. Deze velden verdwijnen snel weg van de bron van stromende elektrische stroom, zeiden de wetenschappers.

Wanneer geplaatst op 10 cm van een kachel, het apparaat produceerde genoeg elektriciteit om 180 LED-arrays van stroom te voorzien, en op 8 inch, genoeg om een ​​digitale wekker van stroom te voorzien. De wetenschappers rapporteerden de bevindingen in het tijdschrift Energie- en milieuwetenschappen .

"Deze resultaten bieden aanzienlijke vooruitgang in de richting van duurzame energie voor geïntegreerde sensoren en draadloze communicatiesystemen, " zei Min Gyu Kang, een assistent-onderzoeksprofessor aan Penn State en co-hoofdauteur van het onderzoek.

De wetenschappers gebruikten een composietstructuur, twee verschillende materialen samenvoegen. Een van deze materialen is magnetostrictief, die een magnetisch veld omzet in spanning, en de andere is piëzo-elektrisch, die stress omzet, of trillingen, in een elektrisch veld. Door de combinatie kan het apparaat een magnetisch veld omzetten in een elektrische stroom.

Het apparaat heeft een balkachtige structuur waarvan het ene uiteinde is vastgeklemd en het andere vrij kan trillen als reactie op een aangelegd magnetisch veld. Een magneet aan het vrije uiteinde van de straal versterkt de beweging en draagt ​​bij aan een hogere elektriciteitsproductie, zeiden de wetenschappers.

"Het mooie van dit onderzoek is dat het bekende materialen gebruikt, maar ontwerpt de architectuur voor het in wezen maximaliseren van de omzetting van het magnetische veld in elektriciteit, "Zei Priya. "Dit zorgt voor het bereiken van een hoge vermogensdichtheid onder magnetische velden met lage amplitude."

Rammohan Sri Ramdas, een assistent-onderzoeksprofessor aan Penn State, deelgenomen aan het onderzoek.

Ook bijdragen waren Hyeon Lee en Prashant Kumar, onderzoeksassistenten bij Virginia Tech, en Mohan Sanghadasa, senior onderzoeker bij het Aviation and Missile Center, US Army Combat Capabilities Development Command.

Sommige teamleden in deze studie werden gefinancierd door het Office of Naval Research en de anderen door de National Science Foundation.