Un recolector de energía de grafeno alimenta sensores inalámbricos con fugas de campo magnético
Investigadores de la Universidad de Arkansas y la Universidad de Míchigan construyeron un sensor sin batería que funciona con la radiación electromagnética del cableado.
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Un equipo de investigación dirigido por el físico Paul Thibado ha desarrollado un sensor de temperatura sin batería que obtiene la electricidad para funcionar de los campos electromagnéticos ambientales alrededor del cableado de corriente alterna. La invención, creada por investigadores de la Universidad de Arkansas y la Universidad de Míchigan, combina un inductor de grafeno con electrónica de bajo consumo para funcionar sin conexiones eléctricas por cable ni baterías químicas. Ofrece a las plantas industriales una opción libre de mantenimiento para monitorizar maquinaria sin necesidad de sustituir pilas agotadas.
Captar energía de campos magnéticos alternos de 60 Hz
La corriente eléctrica que circula por las líneas eléctricas estándar produce un campo magnético oscilante. En Estados Unidos, la corriente alterna oscila a 60 Hz, generando un campo cambiante que se irradia continuamente al entorno. Para capturar esta energía dispersa, el equipo fabricó un inductor de grafeno e insertó un núcleo de acero para reforzar la captación del flujo magnético, según informó New Atlas. Cuando se coloca junto a un cable activo, el componente genera una tensión alterna mediante inducción electromagnética, siguiendo el principio de funcionamiento básico de los transformadores eléctricos tradicionales.
«El inductor añade carga a estos condensadores a un ritmo lento, pero es más rápido que el ritmo al que el sensor consume las cargas de los condensadores».
— Prof. Paul Thibado, inventor del recolector de energía de grafeno, Universidad de Arkansas
Multiplicación de tensión y almacenamiento capacitivo
Dado que la señal en bruto produce corriente alterna a una tensión demasiado débil para la electrónica convencional, los investigadores diseñaron un circuito de conversión basado en un multiplicador de tensión Cockcroft-Walton. El circuito convierte la corriente alterna en corriente continua y eleva la tensión hasta niveles operativos. Para el almacenamiento de energía, el sistema se apoya en tres condensadores en lugar de una batería recargable. El inventor del recolector de energía de grafeno, Paul Thibado, y sus colegas diseñaron el sensor de temperatura personalizado para funcionar a escala de nanovatios, consumiendo milmillonésimas de vatio, o aproximadamente 30 millones de veces menos energía que un solo auricular inalámbrico, según New Atlas.
Funcionamiento continuo y limitaciones de corriente
El inductor de grafeno recoge electricidad lentamente, pero su captación supera el consumo energético del sensor. La electricidad sobrante permanece en los condensadores, manteniendo la sonda de temperatura operativa durante al menos 24 horas, y potencialmente hasta una semana, si la corriente de la línea se detiene por completo. El equipo de investigación, que incluye a Syed Maksudur Rahman, Tamzeed Bani Amin, Ashaduzzaman, MD Rezaul Kabir y Jim Mangum, demostró la configuración en condiciones de laboratorio. Sin embargo, el sistema no puede funcionar lejos de cables de corriente alterna activos, y el prototipo requirió condensadores precargados y procesamiento preprogramado para empezar a operar, lo que limita su uso actual a monitores especializados de baja potencia, según detalló New Atlas.
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