Những máy máy điện nhỏ xíu được phát triển tại trường đại học Michigan có thể tạo ra đủ điện năng từ những dao động ngẫu nhiên, ở xung quanh, để cấp điện cho chiếc đồng hồ đeo tay, máy điều hòa nhịp tim hoặc bộ cảm biến không dây.
 |
| Máy phát điện thu nhỏ phát triển tại Trung tâm Nghiên cứu Kĩ thuật Các Vi hệ tích hợp Không dây thuộc trường đại học Michigan chạy trên những dao động ngẫu nhiên xung quanh chúng ta. Ảnh: Tzeno Galchev |
Những dụng cụ khai thác năng lượng đó, chế tạo tại Trung tâm Nghiên cứu Kĩ thuật Các Vi hệ tích hợp Không dây thuộc trường đại học Michigan, đạt hiệu quả cao ở việc cung cấp điện năng hồi phục từ những dao động tùy ý, không điều hòa. Loại dao động này là sản phẩm của xe cộ đi lại trên cầu, máy móc chạy trong nhà máy và con người di chuyển trên chân của mình, chẳng hạn.
Máy phát tăng tham số tần số (PFIG) được chế tạo bởi Khalil Najafi, trưởng khoa kĩ thuật điện và máy tính, và Tzeno Galchev, một nghiên cứu sinh tại khoa trên.
Đa số những dụng cụ tương tự có những khả năng hạn chế bởi vì chúng dựa trên những nguồn năng lượng đều đặn, có thể đoán trước, theo Najafi, giáo sư kĩ thuật ngạch Schlumberger và đồng thời là giáo sư tại Khoa Kĩ thuật Y sinh.
“Phần lớn động năng trong môi trường xung quanh chúng ta mỗi ngày không xuất hiện đều đặn, theo kiểu lặp đi lặp lại. Năng lượng từ sự đi lại trên đường phố nhộn nhịp hoặc trên cầu, hoặc trong đường hầm, và người đi bộ lên xuống các bậc thang, chẳng hạn, gây ra những dao động không tuần hoàn và xảy ra ở tần số thấp”, Najafi nói. “Máy phát tham số của chúng tôi hoạt động hiệu quả hơn trong những môi trường này”.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo ba nguyên mẫu và mẫu thứ tư sắp hoàn thành. Ở hai trong số các máy phát, sự bảo toàn năng lượng được thực hiện qua hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó một cuộn dây được đặt trong một từ trường biến thiên. Đây là quá trình giống với cách những máy phát điện cỡ lớn trong những nhà máy điện lớn hoạt động.
Dụng cụ mới nhất và nhỏ nhất, kích cỡ một centi mét khối, sử dụng một vật liệu áp điện, đó là loại vật liệu tạo ra điện tích khi nó bị kéo căng. Phiên bản này có những ứng dụng trong việc theo dõi hạ tầng sức khỏe. Các máy phát này có thể một ngày nào đó sẽ cấp điện cho những cộ cảm biến trên cầu sẽ cảnh báo cho lực lượng giám sát biết những vết rạn nứt và sự ăn mòn trước khi mắt người có thể nhận ra những trục trặc đó.
Các máy phát được chứng minh có thể tạo ra tới 0,5 miliwatt (hay 500 microwatt) từ những biên độ dao động tiêu biểu tìm thấy trên cơ thể người. Công suất đó vượt quá yêu cầu cần thiết để chạy một chiếc đồng hồ đeo tay, thiết bị cần từ 1 đến 10 microwatt, hay một máy điều hòa nhịp tim, thiết bị cần 10 đến 50 microwatt. Một miliwatt bằng 1000 microwatt.
“Mục tiêu tối hậu là cho phép những ứng dụng đa dạng như những bộ cảm biến từ xa không dây và những dụng cụ y khoa tiêm cấy bằng phẫu thuật”, Galchev nói. “Đây là những ứng dụng lâu dài, trong đó việc tháo thay pin hay, tệ hơn nữa, phải quấn dây các bộ cảm biến để cấp nguồn là rất tốn kém”.
Pin thường là một giải pháp không hiệu quả để cấp nguồn cho nhiều loại cảm biến không dây đang trên đà phát triển ngày nay, Najafi nói. Sự chắt lọc năng lượng có thể cung cấp một lựa chọn tốt hơn.
“Có một câu hỏi cơ bản cần được trả lời là làm thế nào cấp điện cho những dụng cụ điện tử không dây, cái đang trở nên phổ biến và đồng thời hoạt động rất hiệu quả”, Najafi nói. “Có rất nhiều năng lượng xung quanh những hệ thống này dưới dạng các dao động, nhiệt, mặt trời, và gió”.
Những máy phát điện này còn có thể cấp điện cho những bộ cảm biến không dây dùng trong những tòa nhà để làm cho chúng hiệu quả năng lượng hơn, hoặc qua những không gian công cộng rộng lớn để theo dõi các chất độc hoặc chất gây ô nhiễm.
Theo PhysOrg.com
