Pequeños generadores producen electricidad a partir de vibraciones ambientales

podrían producir suficiente electricidad a partir de vibraciones ambientales aleatorias para alimentar un reloj de pulsera, un marcapasos o un sensor inalámbrico. Los dispositivos de recolección de energía, creados en Engineering Research de la U-M Center for Wireless Integrated Microsystems , son altamente eficientes en el suministro de energía eléctrica renovable a partir de vibraciones arbitrarias y no periódicas. Este tipo de vibración es un subproducto del tráfico que circula por los puentes, de la maquinaria que funciona en las fábricas y de las personas que mueven sus extremidades, por ejemplo.

>Los Generadores de Frecuencia Paramétrica Aumentada (PFIGs) fueron creados por Khalil Najafi, presidente de ingeniería eléctrica e informática, y Tzeno Galchev, estudiante de doctorado en el mismo departamento. La mayoría de los dispositivos similares tienen capacidades más limitadas porque dependen de fuentes de energía regulares y predecibles, dijo Najafi, que es profesor de ingeniería de Schlumberger y también profesor del Departamento de Ingeniería Biomédica.

«La gran mayoría de la energía cinética ambiental que nos rodea cada día no ocurre en patrones periódicos y repetibles. La energía del tráfico en una calle, puente o túnel concurridos, y las personas que suben y bajan escaleras, por ejemplo, causan vibraciones que no son periódicas y se producen a bajas frecuencias», señaló Najafi. «Nuestros generadores paramétricos son más eficientes en estos ambientes.»

Los investigadores han construido tres prototipos y un cuarto está por llegar. En dos de los generadores, la conversión de energía se realiza por inducción electromagnética, en la que una bobina está sometida a un campo magnético variable. Este es un proceso similar a cómo operan los generadores a gran escala en las grandes centrales eléctricas.

El último y más pequeño dispositivo, que mide un centímetro cúbico, utiliza un material piezoeléctrico, que es un tipo de material que produce carga cuando está bajo tensión. Esta versión tiene aplicaciones en la monitorización del estado de infraestructuras. Los generadores podrían algún día suministrar energía a los sensores del puente que avisarían a los inspectores de grietas o corrosión antes de que los ojos humanos pudieran discernir los problemas.

Los generadores han demostrado que pueden producir hasta 0,5 milivatios (o 500 microvatios) a partir de las amplitudes de vibración típicas que se encuentran en el cuerpo humano. Eso es más que suficiente energía para hacer funcionar un reloj de pulsera, que necesita entre uno y 10 microvatios, o un marcapasos, que necesita entre 10 y 50. Un milivatio es 1.000 microvatios.

«El objetivo final es habilitar varias aplicaciones como sensores inalámbricos remotos y dispositivos médicos implantados quirúrgicamente», dijo Galchev. «Estas son aplicaciones de larga vida útil donde es muy costoso reemplazar las baterías agotadas o, peor aún, tener que conectar los sensores a una fuente de energía.»

Las baterías son a menudo una forma ineficiente de alimentar el creciente conjunto de sensores inalámbricos que se están creando hoy en día, dijo Najafi. La búsqueda de energía puede ser una mejor opción.

«Hay una pregunta fundamental que necesita respuesta sobre cómo alimentar los dispositivos electrónicos inalámbricos, que se están volviendo omnipresentes y al mismo tiempo muy eficientes», dijo Najafi. «Hay mucha energía alrededor de estos sistemas en forma de vibraciones, calor, sol y viento.»

Estos generadores también podrían alimentar sensores inalámbricos desplegados en edificios para hacerlos más eficientes energéticamente, o en grandes espacios públicos para monitorear toxinas o contaminantes.

La investigación está financiada por la National Science Foundation , Sandia National Laboratories , y el National Institute of Standards and Technology .

La universidad está buscando la protección de patentes para la propiedad intelectual. Galchev y un equipo de estudiantes de ingeniería y negocios están trabajando para comercializar la tecnología a través de su empresa, Enertia. Enertia ganó recientemente el primer lugar en el concurso de planes de negocios del Premio de Energía Limpia DTE/U-M y el segundo lugar en el Desafío de Negocios de Michigan del U-M Zell Lurie Institute for Entrepreneurial Studies. Otros miembros del equipo son Erkan Aktakka y Adam Carver. Aktakka es estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica. Carver es estudiante de MBA en la Ross School of Business.

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