إنترنت الأشياء (IoT) عبارة عن شبكة تعتمد على عقد الاستشعار اللاسلكية التي توفر الموارد والمعلومات، من أجل الاستخدام طويل الأمد لأجهزة إنترنت الأشياء ، يجب استبدال بطارياتها، أو يلزم وجود عدد من توصيلات خطوط الطاقة بأسلاك معقدة.
استبدال البطاريات أو توصيل خطوط طاقة طويلة للعديد من أجهزة الاستشعار المثبتة في مناطق يتعذر الوصول إليها جغرافيًا يستغرق وقتًا طويلاً وخطيرًا ومكلفًا.
تجمع تقنية حصاد الطاقة الطاقة المهدرة مثل الاهتزازات والحرارة والضوء والموجات الكهرومغناطيسية من الإعدادات اليومية ، مثل السيارات والمباني والأجهزة المنزلية ، وتحولها إلى طاقة كهربائية . يمكن لحصادات الطاقة توليد كهرباء كافية لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة عن طريق حصاد مصادر الطاقة المحيطة بدون مصدر طاقة خارجي.
أعلن المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) أن فريق أبحاث الدكتور هيون تشيول سونغ في مركز أبحاث المواد الإلكترونية قد طور حصادًا لضبط الرنين الذاتي (ART) يعمل بالكهرباء الانضغاطية يقوم بضبط رنينه بشكل مستقل وفقًا للبيئة المحيطة. يمكن لحاصدة الطاقة هذه ضبط الرنين الخاص بها على نطاق عريض يزيد عن 30 هرتز ، وتحويل طاقة الاهتزاز الممتصة إلى طاقة كهربائية.
تؤدي عملية تجميع الطاقة التي تحول الاهتزاز إلى طاقة كهربائية إلى فقدان طاقة ميكانيكي حتمًا ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تحويل الطاقة. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام ظاهرة الرنين التي يتضخم فيها الاهتزاز عندما يتطابق التردد الطبيعي لجسم ما مع تردد الاهتزاز.
ومع ذلك ، في حين أن التردد الطبيعي لجهاز حصاد الطاقة ثابت ، فإن الاهتزازات المختلفة التي نواجهها في إعداداتنا اليومية لها نطاقات تردد مختلفة. لذلك يجب تعديل التردد الطبيعي للحاصدة وفقًا لبيئة الاستخدام في كل مرة من أجل إحداث الرنين ، مما يجعل من الصعب استخدامه عمليًا.
وفقًا لذلك ، طور فريق بحث KIST آلة حصاد طاقة مصممة خصيصًا يمكنها ضبط نفسها على التردد المحيط بدون جهاز كهربائي منفصل. عندما يستشعر حصاد الطاقة اهتزاز البيئة المحيطة ، يقوم نظام التثبيت التكيفي (نظام التوليف) المرفق بالحاصدة بتعديل تردده إلى نفس تردد الاهتزاز الخارجي ، مما يتيح الرنين. ونتيجة لذلك ، كان من الممكن تحقيق ضبط تردد الرنين بسرعة في غضون ثانيتين ، وتوليد الكهرباء باستمرار في عرض نطاق عريض يزيد عن 30 هرتز.
للتحقق من صحة وظيفة ART في العالم الحقيقي ، تم تركيب آلة حصاد الطاقة هذه المزودة بنظام ضبط على مركبة. على عكس حصادات الطاقة الكهرضغطية التي تم تقديمها في الدراسات السابقة ، فقد نجحت في قيادة جهاز تحديد المواقع اللاسلكي بدون بطارية في بيئة يتغير فيها تردد الاهتزاز باستمرار.
قال الدكتور سونج ، الذي قاد هذه الدراسة ، “تشير هذه النتيجة إلى أن حصادات الطاقة التي تستخدم الاهتزازات يمكن تطبيقها على حياتنا الواقعية قريبًا، ومن المتوقع أن تكون قابلة للتطبيق كمصدر طاقة مستقل لأجهزة الاستشعار اللاسلكية ، بما في ذلك IOT ، في مستقبل.”
