Un dispositivo al grafene raccoglie le radiazioni ambientali per alimentare sensori senza batteria

Raccogliere energia dai cavi elettrici domestici

I tradizionali monitor wireless dipendono in larga misura da batterie elettrochimiche, che si esauriscono e richiedono una sostituzione fisica periodica. Per superare questi limiti, un team di ingegneri ha introdotto un'innovazione nella raccolta di energia ambientale, riportata da Interesting Engineering. Fisici e scienziati dei materiali della University of Arkansas e della University of Michigan hanno costruito un dispositivo che preleva l'elettricità necessaria al funzionamento direttamente dai campi magnetici che circondano i cavi elettrici standard nelle abitazioni moderne.

Lo sviluppo segna il secondo prototipo di sensore autoalimentato del team, dopo un precedente progetto alimentato a energia solare. Insieme, le due unità fanno parte di uno sforzo più ampio per produrre hardware autonomo che soddisfi tre parametri di riferimento: raccogliere energia localmente, consumare solo nanowatt di elettricità e funzionare senza sorveglianza per anni o addirittura decenni.

«L'induttore aggiunge carica a questi condensatori a una velocità lenta, ma è più veloce della velocità con cui il sensore consuma le cariche dei condensatori»

— Paul Thibado, professore di fisica alla University of Arizona

Come funziona il circuito con induttore e condensatori al grafene

Al centro del sistema c'è un induttore al grafene progettato per raccogliere energia dalle radiazioni elettromagnetiche ambientali. Secondo Paul Thibado, professore di fisica alla University of Arizona che ha iniziato a studiare le proprietà del grafene quasi un decennio fa, l'energia catturata passa attraverso un circuito specializzato dove viene trasformata in elettricità e immagazzinata in condensatori che alimentano il sensore di temperatura.

Poiché il circuito ricarica i condensatori più rapidamente di quanto il sensore di temperatura li consumi, l'hardware mantiene un funzionamento continuo durante le interruzioni. Thibado ha riferito a Interesting Engineering che questa energia immagazzinata sostiene il sensore per almeno 24 ore durante un blackout, e potenzialmente fino a una settimana a seconda delle condizioni operative.

Manutenzione ridotta e il futuro dell'IoT autoalimentato

Eliminando le sostituzioni periodiche delle batterie, l'invenzione offre un profilo sostenibile "installalo e dimenticalo" che riduce drasticamente la manodopera di manutenzione, i costi operativi e i rifiuti pericolosi delle batterie. Questa indipendenza rende le unità adatte a luoghi dove la manutenzione manuale non è pratica, come container marittimi, sistemi di monitoraggio ambientale del suolo e dell'atmosfera, flotte logistiche, dispositivi indossabili per il fitness e monitor sanitari.

In prospettiva, i ricercatori intendono integrare più meccanismi di raccolta di energia in un'unica unità, come dettagliato da Interesting Engineering. Le iterazioni future dovrebbero combinare la raccolta di radiazioni ambientali con sistemi che raccolgono energia dalla luce solare, dal calore, dal suono e dal movimento. Combinando diverse fonti ambientali, i dispositivi potrebbero mantenere un funzionamento ininterrotto anche se una fonte viene a mancare, aprendo la strada a elettronica intelligente autonoma in tutto l'Internet delle cose.

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