Smokey the Bear dice che solo tu puoi prevenire gli incendi boschivi, ma se Smokey avesse un backup high-tech? In un nuovo studio, un team di scienziati della Michigan State University ha progettato e fabbricato un sistema di rilevamento e allarme di incendi boschivi a distanza alimentato da nient'altro che dal movimento degli alberi nel vento.

Come dettagliato nella rivista Materiali funzionali avanzati , il dispositivo, noto come MC-TENG, abbreviazione di nanogeneratore triboelettrico cilindrico multistrato (TENG), genera energia elettrica raccogliendo energia dal movimento sporadico dei rami degli alberi da cui pende.

"Per quanto ne sappiamo, questa è la prima dimostrazione di un nuovo MC-TENG come sistema di rilevamento degli incendi boschivi, " ha detto l'autore principale Changyong Cao, che dirige il Laboratorio di Macchine Morbide ed Elettronica presso la Scuola di Imballaggio della MSU ed è ricercatore presso la Scuola di Imballaggio e i Dipartimenti di Ingegneria Meccanica, e Ingegneria Elettrica e Informatica.

"Il sistema di rilevamento autoalimentato potrebbe monitorare continuamente l'incendio e le condizioni ambientali senza richiedere manutenzione dopo l'implementazione, " Egli ha detto.

Per Cao e la sua squadra, i tragici incendi boschivi degli ultimi anni in tutto il West americano, Brasile e Australia erano le forze trainanti dietro questa nuova tecnologia. Cao crede che una risposta tempestiva e rapida agli incendi boschivi renderà più facile il compito di estinguerli, riducendo significativamente i danni e le perdite di beni e vite.

I metodi tradizionali di rilevamento degli incendi boschivi includono il monitoraggio satellitare, pattuglie di terra, torri di guardia, tra gli altri, che hanno costi di manodopera e finanziari elevati in cambio di una bassa efficienza.

Le attuali tecnologie di sensori remoti stanno diventando più comuni, ma principalmente si basano sulla tecnologia delle batterie per l'alimentazione.

"Sebbene le celle solari siano state ampiamente utilizzate per l'elettronica portatile o per i sistemi autoalimentati, è difficile installarli in una foresta a causa dell'ombreggiatura o della copertura di fogliame lussureggiante, " disse Yaokun Pang, co-autore e associato postdoc presso il laboratorio di Cao.

La tecnologia TENG converte l'energia meccanica esterna, come il movimento di un ramo di un albero, in elettricità per effetto triboelettrico, un fenomeno in cui alcuni materiali si caricano elettricamente dopo essersi separati da un secondo materiale con cui erano precedentemente in contatto.

La versione più semplice del dispositivo TENG è costituita da due manicotti cilindrici di materiale unico che si incastrano l'uno nell'altro. Il manicotto centrale è ancorato dall'alto mentre il manicotto inferiore è libero di scorrere su e giù e di spostarsi da un lato all'altro, vincolato solo da un elastico connettivo o da una molla. Mentre le due maniche si spostano fuori sincrono, la perdita intermittente di contatto genera elettricità. Gli MC-TENG sono dotati di diversi strati triboelettrici gerarchici, aumentando la potenza elettrica.

L'MC-TENG immagazzina la sua corrente elettrica generata sporadicamente in un micro supercondensatore a base di nanotubi di carbonio. I ricercatori hanno selezionato questa tecnologia per i suoi rapidi tempi di carica e scarica, consentendo al dispositivo di caricarsi adeguatamente solo con raffiche di vento brevi ma sostenute.

"A una frequenza di vibrazione molto bassa, l'MC-TENG può generare in modo efficiente elettricità per caricare il supercondensatore collegato in meno di tre minuti, " disse Cao.

I ricercatori hanno dotato il prototipo iniziale sia di monossido di carbonio (CO) che di sensori di temperatura. L'aggiunta di un sensore di temperatura aveva lo scopo di ridurre la probabilità di una lettura falsamente positiva dell'anidride carbonica.