Coletor de energia adapta-se automaticamente às vibrações do ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/03/2023

O nanogerador adaptativo funcionou em ambiente real, alimentando um GPS veicular.
[Imagem: Dong-Gyu Lee et al. - 10.1002/advs.202205179]

Colheita de energia

Aparelhos cada vez menores e com menor consumo de energia viabilizaram conceitos como internet das coisas e computação na borda, uma modalidade de processamento que é mais ou menos o contrário da computação na nuvem.

Mas esses aparelhos e sensores ficaram tão pequenos que suas baterias se tornaram um estorvo, o que por sua vez deu impulso aos nanogeradores, dispositivos capazes de alimentar pequenos aparelhos transformando diversas formas de energia disponíveis no ambiente em eletricidade.

Esse conceito, conhecido como colheita de energia, coleta energia, como vibração, calor, luz e ondas eletromagnéticas, desperdiçada por automóveis, edifícios e eletrodomésticos, e a converte em energia elétrica.

Tem dado bons resultados, mas os nanogeradores têm uma deficiência: A frequência natural desses coletores de energia é fixa, enquanto as várias vibrações de que dispomos em nosso cotidiano têm diferentes faixas de frequência - pense no motor de um carro, acelerando e desacelerando, por exemplo. Por isso, a frequência natural dos geradores deve ser sempre ajustada ao ambiente, dificultando a sua aplicação prática.

Esquema de funcionamento dos mecanismos de acoplamento e geração de ressonância.
[Imagem: Dong-Gyu Lee et al. - 10.1002/advs.202205179]

Ajuste de ressonância

Mas isso acaba de deixar de ser um problema, graças a Dong-Gyu Lee e colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul (KIST).

Lee criou um coletor de energia que ajusta sua própria frequência de ressonância de acordo com o ambiente em que ele é instalado, tudo de forma automática e autônoma.

O nanogerador consegue ajustar sua própria ressonância em uma ampla largura de banda e converter a energia da vibração absorvida em energia elétrica.

Quando o coletor de energia detecta a vibração do ambiente, um sistema de ajuste, que a equipe chama de sistema de acoplamento adaptável, modula sua frequência para a mesma frequência da vibração externa, criando assim uma ressonância - pelo fenômeno da ressonância, a vibração é amplificada quando a frequência natural de um objeto e a frequência da vibração coincidem.

Fotos dos protótipos em testes de laboratório.
[Imagem: Dong-Gyu Lee et al. - 10.1002/advs.202205179]

Alimentando um GPS veicular

O sistema de ajuste automático construído pela equipe alcança uma frequência ressonante em cerca de 2 segundos, gerando eletricidade continuamente em uma largura de banda de mais de 30 Hz.

Para validar seu conceito no mundo real, a equipe instalou em um carro um nanogerador comum equipado com seu novo sistema de ajuste de frequências, e saiu rodando pelas ruas. O sistema alimentou um aparelho GPS em todos os tipos de percursos, mesmo que as vibrações mudassem continuamente, algo que um nanogerador sem o novo sistema de ajuste não conseguiu fazer.

"Este resultado indica que coletores de energia usando vibrações podem ser aplicados à nossa vida real em breve. Esperamos que ele seja aplicável como uma fonte de energia independente para sensores sem fio, incluindo IOT, no futuro," disse o professor Hyun-Cheol Song, coordenador da equipe.

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