به گزارش روز چهارشنبه گروه علمی ایرنا از پایگاه اینترنتی ساینس دیلی، محققان نتیجه تحقیق خود را در مجله Journal of Sound and Vibration منتشر كردند.
این محققان به طور خاص نشان دادند كه سازه هایی درخت مانند كه از مواد الكترومكانیكی ساخته می شوند، می توانند نیروی جنبشی -- مانند تكانه های حاصل از وزش باد و یا گام های روی پل -- را به ارتعاشات ساختاری قوی تبدیل كنند كه برای تولید برق مطلوب هستند.
'رایان هارن' استادیار مهندسی مكانیك و هوا و فضا در دانشگاه اوهایو می گوید: ارزش این فناوری زمانی است كه از آن در مقیاس كوچك و در شرایطی استفاده شود كه از سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی نمی توان استفاده كرد.
این 'درختان' به خودی خود ساختار بسیار ساده ای خواهند داشت به طوری كه از یك تنه كوچك با چند شاخه بدون برگ درست خواهند شد.
كاربردهای اولیه این فناوری شامل تامین انرژی حسگرهایی خواهد بود كه یكپارچگی و سلامت ساختاری زیرساخت های شهری را مانند ساختمان ها و پل ها كنترل می كنند.
هارن ساخت درخت های كوچكی را در نظر دارد كه ولتاژهای حسگری را تامین می كند كه در قسمت زیرین یك پل و یا در تیرآهن یك ساختمان بلند تصب می شود.
این محقق می گوید: ساختمان ها بر اثر باد تكان بسیار جزئی می خورند، حركت خودروها موجب نوساناتی در سازه پل ها می شود و جلوبندی های خودرو نیز از تكانه های حاصل از یكدست نبودن خیابان ها در امان نیستند.
وی افزود: در حقیقت از این تكانه ها مقادیر زیادی انرژی جنبشی تولید می شود كه در صورت عدم استفاده از بین می روند. ما می خواهیم مقداری از این انرژی را بازیابی و بازیافت كنیم.
وی افزود: هدف اولیه این طرح تبدیل ارتعاشات سازه ها به برق است به گونه ای كه انرژی مورد نیاز سیستم های كنترل سازه ها را بتوان با همان ارتعاشات تامین كرد.
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 كه در مكان های دوردست نصب می شوند، دشوار است.
اما اگر این حسگرها بتوانند انرژی ارتعاشی را جذب كنند، می توانند داده های آنها را به دست آورند و این داده ها را به صورت بی سیم انتقال دهند.
تاكنون محققان برای جذب ارتعاشات واقعی محیط با دستگاه الكترومكانیكی شبیه یك درخت، تلاش منسجمی انجام نداده اند، زیرا تصور می شود نیروهای طبیعت برای تولید تكانه های سازگار و منجر به تولید انرژی های مفید برق چندان مناسب نخواهند بود.
در این طرح، ابتدا محققان از طریق الگوی ریاضی مشخص كردند كه ساختارهای درخت مانند می توانند ارتعاشات را در یك فركانس پایدار حفظ كنند 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 كه می توان از رزونانس داخلی برای تحریك یك درخت الكترومكانیكی به ارتعاش با دامنه های بزرگ در یك فركانس پایدار پایین استفاده كرد، حتی در زمانی كه این درخت تنها نیروهای فركانس بالا را تجربه می كند.
محققان این الگوی ریاضی را در یك آزمایش بررسی كردند. آنها یك دستگاه درخت مانند ساختند كه از دو میله كوچك فلزی -- یكی تنه درخت و دیگری شاخه آن -- ساخته شده بود.
این دو میله برای تبدیل ارتعاشات ساختاری به انرژی الكتریكی توسط نواری از یك ماده الكترومكانیكی، فلوراید پلی (PVDF)، بهم وصل متصل می شدند.
سپس محققان این الگوی درختی را روی دستگاهی نصب كردند كه آن را در فركانس های بالا به عقب و جلو تكان می داد.
در ابتدا به نظر نمی رسید كه این درخت تكان می خورد زیرا دستگاه تنها با دامنه های كوچك در یك فركانس بالا تكان می خورد. اما PVDF توانست، از این حركت ولتاژ كمی حدود 0.8 ولت تولید كند.
علمی**2038**2017
تهران- ایرنا- محققان دانشگاه اوهایو در حال آزمایش اشیایی با فناوری پیشرفته هستند كه تا حدودی شبیه درختان مصنوعی است و زمانی كه وزش باد، تكان های هر چند جزیی یك ساختمان بلند، ترافیك روی پل و یا حتی فعالیت های لرزه ای این اشیا را تكان می دهد، می توانند انرژی تجدیدپذیر تولید كنند.
