Um dispositivo de coleta de energia vestível pode gerar energia a partir do balanço de um braço ao caminhar ou correr, de acordo com uma equipe de pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State e da Universidade de Utah. O dispositivo, mais ou menos do tamanho de um relógio de pulso, produz energia suficiente para operar um sistema de monitoramento de saúde pessoal.
"Os dispositivos que fabricamos usando nossos materiais otimizados funcionam entre 5 e 50 vezes melhor do que qualquer outra coisa relatada, "disse Susan Trolier-McKinstry, o Steward S. Flaschen Professor de Ciência e Engenharia de Materiais e Engenharia Elétrica, Estado de Penn.
Dispositivos de coleta de energia estão em alta demanda para alimentar os milhões de dispositivos que compõem a Internet das coisas. Ao fornecer energia contínua a uma bateria recarregável ou supercapacitor, os coletores de energia podem reduzir o custo de mão-de-obra na troca de baterias em caso de falha e manter as baterias gastas longe dos aterros.
Certos cristais podem produzir uma corrente elétrica quando comprimidos ou podem mudar de forma quando uma carga elétrica é aplicada. Este efeito piezoelétrico é usado em dispositivos de ultrassom e sonar, bem como a captação de energia.
Nesse trabalho, Trolier-McKinstry e seu ex-aluno de doutorado, Hong Goo Yeo, usou um material piezoelétrico bem conhecido, PZT, e revestido em ambos os lados de uma folha de metal flexível com uma espessura quatro ou cinco vezes maior do que nos dispositivos anteriores. Maior volume do material ativo equivale à geração de mais energia. Orientando a estrutura de cristal do filme para otimizar a polarização, o desempenho - conhecido como a figura do mérito - da captação de energia foi aumentado. As tensões compressivas que são criadas no filme à medida que cresce nas folhas de metal flexíveis também significa que os filmes PZT podem suportar altas tensões sem rachar, tornando para dispositivos mais robustos.
"Houve alguns desafios de boa ciência de materiais, "Trolier-McKinstry disse sobre este trabalho, relatado em uma edição online de visualização antecipada de Materiais Funcionais Avançados antes da publicação impressa. "A primeira era como aumentar a espessura do filme em uma folha de metal flexível. Em seguida, precisávamos obter a orientação correta do cristal para obter o efeito piezoelétrico mais forte."
Colaboradores da Universidade de Utah e do Departamento de Engenharia Mecânica da Penn State projetaram um novo dispositivo semelhante a um relógio de pulso que incorpora os materiais PZT / folha de metal. O dispositivo usa uma rotação livre, rotor de latão excêntrico com um ímã embutido, e vários feixes PZT com um ímã em cada feixe. Quando o ímã no rotor se aproxima de um dos feixes, os ímãs se repelem e desviam o feixe, arrancar o feixe em um processo conhecido como conversão de frequência. A frequência lenta de um pulso em rotação é convertida em uma oscilação de frequência mais alta. O design deste dispositivo é mais eficiente do que um coletor eletromagnético padrão - como aqueles usados em relógios com alimentação própria - de acordo com Trolier-McKinstry.
Em trabalho futuro, a equipe acredita que pode dobrar a produção de energia usando o processo de sinterização a frio, uma tecnologia de síntese de baixa temperatura desenvolvida na Penn State. Além disso, os pesquisadores estão trabalhando para adicionar um componente magnético à colheitadeira mecânica atual para eliminar a energia durante uma grande parte do dia, quando não há atividade física.
