В исследовании, недавно опубликованном в Интернете в Journal of Micromechanics and Microengineering, инженеры из Политехнического института Ренсселера разработали прогностическую модель для такого устройства, которая позволит исследователям лучше понять и оптимизировать его функции.
«Рано или поздно эти харвестеры заменят батареи, сократив связанные с ними экологически опасные отходы и затраты на техническое обслуживание», – сказала Диана-Андра Борка-Ташук, профессор механической, аэрокосмической и ядерной инженерии в Rensselaer, руководившая этим исследованием.
К ней присоединились Джон Тичи, профессор механической, аэрокосмической и ядерной инженерии в Rensselaer, и Цзинлун Ли, аспирант в области машиностроения, который разработал модель.
Эта последняя работа основана на исследовании, опубликованном лабораторией Borca-Tasciuc в Journal of Micromechanics and Microengineering в 2016 году.
В то время команда создала и протестировала устройство для сбора энергии из кремния как в лаборатории, так и на вибрирующем канале HVAC. Устройство могло преобразовывать механическую энергию в электричество, как и надеялись, но в то время команда не смогла полностью объяснить свои экспериментальные результаты, которые превзошли ожидания. Эта новая модель отвечает на эти вопросы и позволит исследователям оптимизировать устройство, чтобы генерировать больше энергии.
По словам Борка-Ташук, ключевым открытием стало то, что Ли понял, что части устройства деформируются после механического удара, который вызывается вибрациями. Затем Ли создал прогнозную модель, используя серию уравнений, которые представляют динамику устройства, моделируя его массу в сочетании с движением ряда пружин.
Эти уравнения движения имели решающее значение для определения того, как колебательное движение преобразуется в напряжение. Согласно этой статье, предсказания, показанные моделью, соответствовали экспериментальным результатам, которые команда ранее собрала.
«Эта модель заложила прочную основу для параметрического исследования и помогает раздвинуть границы выходной мощности за счет оптимизации конструкции», – сказал Ли. «Мощное устройство, разработанное нашей группой, вместе с его точной аналитической моделью, является достижением в области сбора энергии и позволит в ближайшем будущем использовать кремниевые автономные источники экологически чистой энергии в микромасштабе."