Onderzoekers van de Universiteit van Warwick zijn geïnspireerd door de unieke beweging van trillende espenbladeren, om een ​​mechanisme voor het oogsten van energie te bedenken dat weersensoren in vijandige omgevingen zou kunnen aandrijven en zelfs een back-up energievoorziening zou kunnen zijn die de levensduur van toekomstige Mars-rovers zou kunnen redden en verlengen.

De laatste jaren hebben derdejaars ingenieursstudenten van de University of Warwick de taak gekregen om de puzzel te onderzoeken waarom Aspen trilt bij de minste wind. University of Warwick Engineering-onderzoekers Sam Tucker Harvey, Dr. Igor A. Khovanov, en Dr. Petr Denissenko werden geïnspireerd om deze taak die ze jaarlijks voor hun studenten oplegden nader te bekijken en het fenomeen een stap verder te brengen.

Ze besloten te onderzoeken of de onderliggende mechanismen die de trilling bij lage windsnelheid in Aspen-bladeren produceren, efficiënt en effectief elektrische stroom kunnen opwekken, simpelweg door gebruik te maken van de door de wind gegenereerde mechanische beweging van een apparaat gemodelleerd op het blad. Ze hebben vandaag, 18 maart 2019, het antwoord op die vraag gepubliceerd als een paper getiteld "A Galloping Energy Harvester with Flow Attachment" in Technische Natuurkunde Brieven en het antwoord is een volmondig ja.

Universiteit van Warwick Ph.D. technisch onderzoeker Sam Tucker Harvey, de hoofdauteur van het papier, zei:

"Het meest aantrekkelijke aan dit mechanisme is dat het een mechanische manier is om stroom op te wekken zonder het gebruik van lagers, die kan ophouden te werken in omgevingen met extreme kou, warmte, stof of zand. Hoewel de hoeveelheid potentieel vermogen die kan worden opgewekt klein is, het zou meer dan genoeg zijn om autonome elektrische apparaten van stroom te voorzien, zoals die in draadloze sensornetwerken. Deze netwerken kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals het leveren van geautomatiseerde weersdetectie in afgelegen en extreme omgevingen."

Dr. Petr Denissenko merkte verder op dat een toekomstige toepassing zou kunnen zijn als back-up stroomvoorziening voor toekomstige Mars-landers en -rovers.

"De prestaties van de Mars rover Opportunity hebben de stoutste dromen van de ontwerpers ver overtroffen, maar zelfs de hardwerkende zonnepanelen werden waarschijnlijk uiteindelijk overwonnen door een stofstorm op planetaire schaal. Als we toekomstige rovers zouden kunnen uitrusten met een back-up mechanische energieoogstmachine op basis van deze technologie , het kan het leven van de volgende generatie Marsrovers en -landers bevorderen."

De sleutel tot de lage wind maar grote trilling van Aspen-bladeren is niet alleen de vorm van het blad, maar wat nog belangrijker is, heeft betrekking op de effectief platte vorm van de stengel.

De onderzoekers van de Universiteit van Warwick gebruikten wiskundige modellering om een ​​mechanisch equivalent van het blad te bedenken. Vervolgens gebruikten ze een windtunnel met lage snelheid om een ​​apparaat te testen met een vrijdragende balk zoals de platte stengel van het Aspen-blad, en een gebogen bladpunt met een cirkelvormige boogdoorsnede die werkt als het hoofdblad.

Het blad werd vervolgens loodrecht op de stroomrichting georiënteerd, waardoor de oogstmachine zelfvoorzienende trillingen kan produceren bij ongebruikelijk lage windsnelheden, zoals het espenblad. De tests toonden aan dat de luchtstroom zich aan de achterkant van het blad hecht wanneer de snelheid van het blad hoog genoeg wordt, vandaar dat het meer op een aerofoil lijkt dan op de bluflichamen die typisch zijn bestudeerd in de context van het oogsten van windenergie.

In de natuur, de neiging van een blad om te trillen wordt ook versterkt door de neiging van de dunne stengel om in twee verschillende richtingen in de wind te draaien. Echter, de onderzoekers die modelleerden en testten, ontdekten dat ze de extra complexiteit van een verdere mate van beweging in hun mechanische model niet hoefden te repliceren. Het simpelweg repliceren van de basiseigenschappen van de platte stengel als een vrijdragende balk en een gebogen bladpunt met een cirkelvormige boogdoorsnede die als het hoofdblad werkte, was voldoende om voldoende mechanische beweging te creëren om kracht te oogsten.

De onderzoekers zullen vervolgens onderzoeken welke op mechanische beweging gebaseerde energieopwekkingstechnologieën dit apparaat het beste kunnen exploiteren en hoe ze het beste in arrays kunnen worden ingezet.