به سوی تولید برق با درختان مکانیکی

محققان دانشگاه اوهایو در حال آزمایش اشیایی با فناوری پیشرفته هستند که تا حدودی شبیه درختان مصنوعی است و زمانی که وزش باد، تکان های هر چند جزیی یک ساختمان بلند، ترافیک روی پل و یا حتی فعالیت های لرزه ای این اشیا را تکان می دهد، می توانند انرژی تجدیدپذیر تولید کنند.

محققان نتیجه تحقیق خود را در مجله Journal of Sound and Vibration منتشر کردند. 
این محققان به طور خاص نشان دادند که سازه هایی درخت مانند که از مواد الکترومکانیکی ساخته می شوند، می توانند نیروی جنبشی — مانند تکانه های حاصل از وزش باد و یا گام های روی پل — را به ارتعاشات ساختاری قوی تبدیل کنند که برای تولید برق مطلوب هستند. 
'رایان هارن' استادیار مهندسی مکانیک و هوا و فضا در دانشگاه اوهایو می گوید: ارزش این فناوری زمانی است که از آن در مقیاس کوچک و در شرایطی استفاده شود که از سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی نمی توان استفاده کرد. 
این 'درختان' به خودی خود ساختار بسیار ساده ای خواهند داشت به طوری که از یک تنه کوچک با چند شاخه بدون برگ درست خواهند شد. 
کاربردهای اولیه این فناوری شامل تامین انرژی حسگرهایی خواهد بود که یکپارچگی و سلامت ساختاری زیرساخت های شهری را مانند ساختمان ها و پل ها کنترل می کنند. 
هارن ساخت درخت های کوچکی را در نظر دارد که ولتاژهای حسگری را تامین می کند که در قسمت زیرین یک پل و یا در تیرآهن یک ساختمان بلند تصب می شود. 
این محقق می گوید: ساختمان ها بر اثر باد تکان بسیار جزئی می خورند، حرکت خودروها موجب نوساناتی در سازه پل ها می شود و جلوبندی های خودرو نیز از تکانه های حاصل از یکدست نبودن خیابان ها در امان نیستند. 
وی افزود: در حقیقت از این تکانه ها مقادیر زیادی انرژی جنبشی تولید می شود که در صورت عدم استفاده از بین می روند. ما می خواهیم مقداری از این انرژی را بازیابی و بازیافت کنیم. 
وی افزود: هدف اولیه این طرح تبدیل ارتعاشات سازه ها به برق است به گونه ای که انرژی مورد نیاز سیستم های کنترل سازه ها را بتوان با همان ارتعاشات تامین کرد. 
امروز تنها روش برای تامین انرژی بیشتر حسگرهای سازه ها استفاده از باتری و یا اتصال مستقیم آنها به خطوط برق است، اما هر دو این روش ها گران قیمت هستند و مدیریت آن دسته از حسگرهایی که در مکان های دوردست نصب می شوند، دشوار است. 
اما اگر این حسگرها بتوانند انرژی ارتعاشی را جذب کنند، می توانند داده های آنها را به دست آورند و این داده ها را به صورت بی سیم انتقال دهند. 
تاکنون محققان برای جذب ارتعاشات واقعی محیط با دستگاه الکترومکانیکی شبیه یک درخت، تلاش منسجمی انجام نداده اند، زیرا تصور می شود نیروهای طبیعت برای تولید تکانه های سازگار و منجر به تولید انرژی های مفید برق چندان مناسب نخواهند بود. 
در این طرح، ابتدا محققان از طریق الگوی ریاضی مشخص کردند که ساختارهای درخت مانند می توانند ارتعاشات را در یک فرکانس پایدار حفظ کنند تا این انرژی بتواند به طور موثر جذب شود و به وسیله مدار برق ذخیره شود. این پدیده رزونانس داخلی نامیده می شود. 
آنها نشان دادند که می توان از رزونانس داخلی برای تحریک یک درخت الکترومکانیکی به ارتعاش با دامنه های بزرگ در یک فرکانس پایدار پایین استفاده کرد، حتی در زمانی که این درخت تنها نیروهای فرکانس بالا را تجربه می کند. 
محققان این الگوی ریاضی را در یک آزمایش بررسی کردند. آنها یک دستگاه درخت مانند ساختند که از دو میله کوچک فلزی — یکی تنه درخت و دیگری شاخه آن — ساخته شده بود. 
این دو میله برای تبدیل ارتعاشات ساختاری به انرژی الکتریکی توسط نواری از یک ماده الکترومکانیکی، فلوراید پلی (PVDF)، بهم وصل متصل می شدند. 
سپس محققان این الگوی درختی را روی دستگاهی نصب کردند که آن را در فرکانس های بالا به عقب و جلو تکان می داد. 
به گزارش ایرنا از پایگاه اینترنتی ساینس دیلی، در ابتدا به نظر نمی رسید که این درخت تکان می خورد زیرا دستگاه تنها با دامنه های کوچک در یک فرکانس بالا تکان می خورد. اما PVDF توانست، از این حرکت ولتاژ کمی حدود 0.8 ولت تولید کند. 

No tags for this post.