محققان دانشگاه اوهایو در حال آزمایش اشیایی با فن‌آوری پیشرفته هستند که تا حدودی شبیه درختان مصنوعی است و زمانی که وزش باد، تکان‌های هر چند جزیی یک ساختمان بلند، ترافیک روی پل و یا حتی فعالیت‌های لرزه‌ای این اشیا را تکان می‌دهد، می‌توانند انرژی تجدیدپذیر تولید کنند. به گزارش ایرنا از پایگاه اینترنتی […]
محققان دانشگاه اوهایو در حال آزمایش اشیایی با فن‌آوری پیشرفته هستند که تا حدودی شبیه درختان مصنوعی است و زمانی که وزش باد، تکان‌های هر چند جزیی یک ساختمان بلند، ترافیک روی پل و یا حتی فعالیت‌های لرزه‌ای این اشیا را تکان می‌دهد، می‌توانند انرژی تجدیدپذیر تولید کنند.
به گزارش ایرنا از پایگاه اینترنتی ساینس دیلی، محققان نتیجه تحقیق خود را در مجله Journal of Sound and Vibration منتشر کردند.
این محققان به‌طور خاص نشان دادند که سازه‌های درخت مانند که از مواد الکترومکانیکی ساخته می‌شوند، می‌توانند نیروی جنبشی مانند تکانه‌های حاصل از وزش باد و یا گام‌های روی پل را به ارتعاشات ساختاری قوی تبدیل کنند که برای تولید برق مطلوب هستند.
رایان‌هارن، استادیار مهندسی مکانیک و هوا و فضا در دانشگاه اوهایو می‌گوید: ارزش این فن‌آوری زمانی است که از آن در مقیاس کوچک و در شرایطی استفاده شود که از سایر منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی نمی‌توان استفاده کرد.
این «درختان» به خودی خود ساختار بسیار ساده‌ای خواهند داشت به‌طوری که از یک تنه کوچک با چند شاخه بدون برگ درست خواهند شد.
کاربردهای اولیه این فن‌آوری شامل تأمین انرژی حسگرهایی خواهد بود که یکپارچگی و سلامت ساختاری زیرساخت‌های شهری را مانند ساختمان‌ها و پل‌ها کنترل می‌کنند.
هارن ساخت درخت‌های کوچکی را در نظر دارد که ولتاژهای حسگری را تأمین می‌کند که در قسمت زیرین یک پل و یا در تیرآهن یک ساختمان بلند تصب می‌شود.
این محقق می‌گوید: ساختمان‌ها بر اثر باد تکان بسیار جزیی می‌خورند، حرکت خودرو‌ها موجب نوساناتی در سازه پل‌ها می‌شود و جلوبندی‌های خودرو نیز از تکانه‌های حاصل از یکدست نبودن خیابان‌ها در امان نیستند.
وی افزود: در حقیقت از این تکانه‌ها مقادیر زیادی انرژی جنبشی تولید می‌شود که در صورت عدم استفاده از بین می‌روند. ما می‌خواهیم مقداری از این انرژی را بازیابی و بازیافت کنیم.
وی افزود: هدف اولیه این طرح تبدیل ارتعاشات سازه‌ها به برق است به گونه‌ای که انرژی مورد نیاز سیستم‌های کنترل سازه‌ها را بتوان با همان ارتعاشات تأمین کرد.
امروز تنها روش برای تأمین انرژی بیش‌تر حسگرهای سازه‌ها استفاده از باتری و یا اتصال مستقیم آن‌ها به خطوط برق است، اما هر دو این روش‌ها گران‌قیمت هستند و مدیریت آن دسته از حسگرهایی که در مکان‌های دوردست نصب می‌شوند، دشوار است.
اما اگر این حسگر‌ها بتوانند انرژی ارتعاشی را جذب کنند، می‌توانند داده‌های آن‌ها را به دست آورند و این داده‌ها را به صورت بی‌سیم انتقال دهند.
تاکنون محققان برای جذب ارتعاشات واقعی محیط با دستگاه الکترومکانیکی شبیه یک درخت، تلاش منسجمی انجام نداده‌اند، زیرا تصور می‌شود نیروهای طبیعت برای تولید تکانه‌های سازگار و منجر به تولید انرژی‌های مفید برق چندان مناسب نخواهند بود.
در این طرح، ابتدا محققان از طریق الگوی ریاضی مشخص کردند که ساختارهای درخت‌مانند می‌توانند ارتعاشات را در یک فرکانس پایدار حفظ کنند تا این انرژی بتواند به‌طور مؤثر جذب شود و به وسیله مدار برق ذخیره شود. این پدیده رزونانس داخلی نامیده می‌شود.
آن‌ها نشان دادند که می‌توان از رزونانس داخلی برای تحریک یک درخت الکترومکانیکی به ارتعاش با دامنه‌های بزرگ در یک فرکانس پایدار پایین استفاده کرد، حتی در زمانی که این درخت تنها نیروهای فرکانس بالا را تجربه می‌کند.
محققان این الگوی ریاضی را در یک آزمایش بررسی کردند. آن‌ها یک دستگاه درخت مانند ساختند که از دو میله کوچک فلزی یکی تنه درخت و دیگری شاخه آن ساخته شده بود.
این دو میله برای تبدیل ارتعاشات ساختاری به انرژی الکتریکی توسط نواری از یک ماده الکترومکانیکی، فلوراید پلی (PVDF)، به‌هم متصل می‌شدند.
سپس محققان این الگوی درختی را روی دستگاهی نصب کردند که آن را در فرکانس‌های بالا به عقب و جلو تکان می‌داد.
در ابتدا به نظر نمی‌رسید که این درخت تکان می‌خورد زیرا دستگاه تنها با دامنه‌های کوچک در یک فرکانس بالا تکان می‌خورد. اما PVDF توانست، از این حرکت ولتاژ کمی حدود ۰٫۸ ولت تولید کند.
این مطلب بدون برچسب می باشد.
دیدگاه بسته شده است.