GENIAL – Koreanische Forscher haben ein Resonanzgerät entwickelt, das aus Umgebungsvibrationen (Raumenergie) elektrischen Strom erzeugen kann

von | 3. Jun 2023

KIST develops ambient vibration energy harvester with automatic resonance tuning mechanism
Dr. Song Hyun-cheol (Mitte) führt ein Experiment durch, um die durch die Induktion von Resonanz erzeugte Energie zu messen. Credit: Korea Institute of Science and Technology(KIST)

Koreanische Forscher haben einen Energy Harvester entwickelt, der durch einen neuartigen Mechanismus zur automatischen Resonanzabstimmung elektrischen Strom aus Umgebungsvibrationen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen kann. Das Korea Institute of Science and Technology (KIST) gab kürzlich bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Hyun-Cheol Song vom KIST Center for Electronic Materials einen Energy Harvester entwickelt hat, der eine automatische Resonanzabstimmung (ART) durchführt, indem er die Eigenfrequenz selbständig an die Umgebungsbedingungen anpasst.

Die Energy-Harvesting-Technologie wird angewandt, um elektrische Energie aus überschüssigen Energiequellen wie Vibration, Wärme, Licht usw. zu „ernten“. Ein Gerät, das in der Lage ist, Energie aus seiner Umgebung zu gewinnen, kann selbständig Strom erzeugen, ohne dass es Batterien benötigt oder an eine Steckdose angeschlossen werden muss. Diese Technologie ist besonders nützlich für eine eigenständige Stromquelle für kleine elektronische Geräte, die drahtlos arbeiten, wie IoT-Systeme.

Vibrationen, die von Autos, Zügen, Industrieanlagen usw. erzeugt werden, können mit der Energy-Harvesting-Technologie zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden, aber für reale Anwendungen muss es eine Möglichkeit geben, so viel elektrische Energie wie möglich aus kleinen Vibrationen zu erzeugen und zu speichern. Dazu muss man sich das Resonanzphänomen zunutze machen, bei dem Glas durch hohe Töne zerspringt oder eine große Brücke durch einen Luftzug zum Einsturz gebracht wird.

Ein Energy Harvester hat jedoch nur eine einzige Eigenfrequenz, während die Schwingungen, die wir in unserer Umgebung vorfinden, in einem breiten Spektrum unterschiedlicher Frequenzen auftreten. Deshalb muss ein Energy Harvester auf die Umgebung abgestimmt werden, in der er installiert ist, um Resonanz zu erzeugen, was zu Einschränkungen bei der Verwendung von Energy Harvestern geführt hat.

Der vom Team von Dr. Song Hyun-chul am KIST entwickelte Energy Harvester erzeugt Energie, indem er mit den Schwingungen der Umgebung in Resonanz tritt. Credit: Korea Institute of Science and Technology(KIST)

Um dieses Problem zu lösen, wurden selbstabstimmende Energiesammler entwickelt, die einen Motor oder einen Mikrocontroller verwenden, aber sie hatten das Problem, dass die Effizienz der Energieerzeugung aufgrund des hohen Energieverbrauchs des Abstimmmotors oder des Controllers stark reduziert war.

Die KIST-Forscher haben stattdessen einen Energiesammler mit einer speziellen Struktur entwickelt, der sich ohne ein separates elektrisches Gerät auf die Umgebungsfrequenz einstellen kann. Im Inneren des Energy Harvesters befindet sich eine Prüfmasse, die sich selbstständig bewegt. Wird eine Vibration in der Umgebung festgestellt, bewegt sich das Gewicht entsprechend der Vibrationsfrequenz an einen anderen Ort. Auf diese Weise erhält der Energy Harvester die gleiche Frequenz wie die externe Vibration und erreicht eine Resonanz. Damit ist der Frequenzbereich, in dem der von den KIST-Forschern entwickelte Energy Harvester in Resonanz gehen kann, um 1 400 % größer als bei bestehenden Geräten, die nur eine einzige Eigenfrequenz haben.

Dr. Hyun-Cheol Song, der das Forschungsteam leitete, sagte: „Die Bedeutung dieser Studie liegt darin, dass wir die ersten waren, die einen Energy Harvester mit einer einfachen Struktur entwickelt haben, der sich selbst abstimmen kann, ohne zusätzliche Energie zu verbrauchen. Es wird erwartet, dass dies die Anwendung von Energy Harvestern in der Praxis erheblich beschleunigen wird. Ich glaube, dass selbstregulierende Energy Harvester eine Schlüsselrolle als eigenständige Energiequelle für drahtlose Sensornetzwerke, tragbare elektronische Geräte und das Internet der Dinge spielen werden, das eine der Kerntechnologien der vierten industriellen Revolution ist.“

Quelle: Tech Explore



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