L'elettricità che illumina le nostre case e alimenta i nostri elettrodomestici crea anche piccoli campi magnetici che sono presenti intorno a noi. Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo meccanismo in grado di raccogliere questa energia sprecata dal campo magnetico e convertirla in elettricità sufficiente per alimentare le reti di sensori di prossima generazione per edifici e fabbriche intelligenti.

"Proprio come la luce del sole è una fonte gratuita di energia che cerchiamo di raccogliere, così sono i campi magnetici, " disse Shashank Priya, professore di scienza e ingegneria dei materiali e vicepresidente associato per la ricerca alla Penn State. "Abbiamo questa energia onnipresente presente nelle nostre case, spazi per uffici, spazi di lavoro e automobili. è ovunque, e abbiamo l'opportunità di raccogliere questo rumore di fondo e convertirlo in elettricità utilizzabile".

Un team guidato dagli scienziati della Penn State ha sviluppato un dispositivo che fornisce una potenza di uscita del 400% superiore rispetto ad altre tecnologie all'avanguardia quando si lavora con campi magnetici di basso livello, come quelli che si trovano nelle nostre case e nei nostri edifici.

La tecnologia ha implicazioni per la progettazione di edifici intelligenti, che richiederanno reti di sensori wireless autoalimentate per fare cose come monitorare i modelli energetici e operativi e i sistemi di controllo remoto, hanno detto gli scienziati.

"Negli edifici, è noto che se automatizzi molte funzioni, potresti effettivamente migliorare l'efficienza energetica in modo molto significativo, " Priya ha detto. "Gli edifici sono uno dei maggiori consumatori di elettricità negli Stati Uniti. Quindi anche un calo di pochi punti percentuali nel consumo di energia potrebbe rappresentare o tradursi in megawatt di risparmio. I sensori sono ciò che renderà possibile automatizzare questi controlli, e questa tecnologia è un modo realistico per alimentare quei sensori".

I ricercatori hanno progettato dispositivi sottili come la carta, circa 1,5 pollici di lunghezza, che può essere posizionato sopra o vicino ad elettrodomestici, luci, o cavi di alimentazione dove i campi magnetici sono più forti. Questi campi si dissipano rapidamente lontano dalla sorgente di corrente elettrica che scorre, hanno detto gli scienziati.

Quando posizionato a 4 pollici da una stufa, il dispositivo ha prodotto abbastanza elettricità per alimentare 180 array di LED, e a 8 pollici, abbastanza per alimentare una sveglia digitale. Gli scienziati hanno riportato i risultati sulla rivista Scienze energetiche e ambientali .

"Questi risultati forniscono progressi significativi verso l'energia sostenibile per sensori integrati e sistemi di comunicazione wireless, " disse Min Gyu Kang, un assistente professore di ricerca presso la Penn State e co-autore dello studio.

Gli scienziati hanno utilizzato una struttura composita, sovrapporre due materiali diversi. Uno di questi materiali è magnetostrittivo, che converte un campo magnetico in stress, e l'altro è piezoelettrico, che converte lo stress, o vibrazioni, in un campo elettrico. La combinazione consente al dispositivo di trasformare un campo magnetico in una corrente elettrica.

Il dispositivo ha una struttura a trave con un'estremità bloccata e l'altra libera di vibrare in risposta a un campo magnetico applicato. Un magnete montato all'estremità libera del raggio amplifica il movimento e contribuisce ad una maggiore produzione di energia elettrica, hanno detto gli scienziati.

"Il bello di questa ricerca è che utilizza materiali conosciuti, ma progetta l'architettura per massimizzare sostanzialmente la conversione del campo magnetico in elettricità, " ha detto Priya. "Ciò consente di ottenere un'elevata densità di potenza in campi magnetici di bassa ampiezza".

Rammohan Sri Ramdas, un assistente professore di ricerca presso la Penn State, partecipato alla ricerca.

Hanno contribuito anche Hyeon Lee e Prashant Kumar, assistenti di ricerca presso Virginia Tech, e Mohan Sanghadasa, ricercatore senior presso il Centro aeronautico e missilistico, Comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito americano.

Alcuni dei membri del team in questo studio sono stati finanziati dall'Office of Naval Research e gli altri dalla National Science Foundation.