Un raccoglitore di energia in grafene alimenta sensori wireless con le dispersioni del campo magnetico
I ricercatori dell'Università dell'Arkansas e dell'Università del Michigan hanno realizzato un sensore senza batteria alimentato dalle radiazioni elettromagnetiche dei cablaggi.
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Un team di ricerca guidato dal fisico Paul Thibado ha sviluppato un sensore di temperatura senza batteria che ricava l'elettricità necessaria al funzionamento dai campi elettromagnetici ambientali attorno ai cablaggi in corrente alternata. L'invenzione, realizzata da ricercatori dell'Università dell'Arkansas e dell'Università del Michigan, abbina un induttore in grafene a elettronica a basso consumo per funzionare senza connessioni elettriche via cavo né batterie chimiche. Offre agli impianti industriali un'opzione senza manutenzione per monitorare i macchinari senza dover sostituire le celle esaurite.
Catturare energia dai campi magnetici alternati a 60 Hz
La corrente elettrica che viaggia attraverso le normali linee elettriche produce un campo magnetico oscillante. Negli Stati Uniti, la corrente alternata oscilla a 60 Hz, generando un campo variabile che si irradia continuamente nell'ambiente circostante. Per catturare questa energia dispersa, il team ha fabbricato un induttore in grafene e vi ha inserito un nucleo d'acciaio per rafforzare la cattura del flusso magnetico, come riportato da New Atlas. Quando viene posto accanto a un cavo attivo, il componente genera una tensione alternata tramite induzione elettromagnetica, seguendo il principio di funzionamento di base dei tradizionali trasformatori elettrici.
«L'induttore aggiunge carica a questi condensatori a un ritmo lento, ma è più veloce del ritmo con cui il sensore consuma le cariche dei condensatori.»
— Prof. Paul Thibado, inventore del raccoglitore di energia in grafene, Università dell'Arkansas
Moltiplicazione di tensione e accumulo capacitivo
Poiché il segnale grezzo produce corrente alternata a una tensione troppo debole per l'elettronica convenzionale, i ricercatori hanno progettato un circuito di conversione basato su un moltiplicatore di tensione Cockcroft-Walton. Il circuito converte la corrente alternata in corrente continua e innalza la tensione a livelli operativi. Per l'accumulo di energia, il sistema si affida a tre condensatori anziché a una batteria ricaricabile. L'inventore del raccoglitore di energia in grafene Paul Thibado e i suoi colleghi hanno progettato il sensore di temperatura personalizzato per funzionare su scala nanowatt, consumando miliardesimi di watt, ovvero circa 30 milioni di volte meno energia di un singolo auricolare wireless, secondo New Atlas.
Funzionamento continuo e limiti della corrente
L'induttore in grafene raccoglie elettricità lentamente, ma il suo apporto supera il consumo energetico del sensore. L'elettricità in eccesso rimane nei condensatori, mantenendo la sonda di temperatura operativa per almeno 24 ore, e potenzialmente fino a una settimana, se la corrente di linea si interrompe del tutto. Il team di ricerca, che comprende Syed Maksudur Rahman, Tamzeed Bani Amin, Ashaduzzaman, MD Rezaul Kabir e Jim Mangum, ha dimostrato il sistema in condizioni di laboratorio. Tuttavia, il sistema non può funzionare lontano da cavi in corrente alternata attivi, e il prototipo richiedeva condensatori precaricati e un'elaborazione preprogrammata per iniziare a funzionare, limitando il suo uso attuale a monitor specializzati a basso consumo, come dettagliato da New Atlas.
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