Цифровой журнал «Компьютерра» № 17 (170)

Создаваемые в рамках концепции Еnergy harvesting устройства должны быть способны как генерировать, так и сохранять электрическую энергию — они смогут заменить тяжёлые и громоздкие аккумуляторные батареи там, где не требуются большая мощность и высокое напряжение. В результате мы получим вшитые микрогаджеты, датчики в одежде и обуви с практически вечным питанием, способные работать автономно до своего физического износа. На международной конференции Printed Electronics Europe 2013, проходившей с 17 по 18 апреля в столице Германии Берлине, в рамках шоу Energy Harvesting & Storage Europe был представлен целый ряд чрезвычайно интересных разработок в области Еnergy harvesting.

Самый простой для преобразования в электричество вид внешних воздействий — это механические колебания и вибрации. Чаще всего для конвертации таких колебаний в электроэнергию применяются пьезоэлектрические материалы. Такие материалы используются, в частности, в называемых микроэлектромеханических системах (MЭМС или MEMS), представляющих собой гибридные устройства на кремниевой подложке, в которых объединены микромеханические и микроэлектронные компоненты. МЭМС-чипы легко распаиваются на печатной плате и без проблем интегрируются в любую электронную схему.

Британская компания Perpetuum показала на выставке Energy Harvesting & Storage Europe свою основную разработку — вибрационный «сборщик энергии» Vibration Energy Harvester (VEH). Это беспроводной датчик, предназначенный для установки на вращающиеся детали, например на подшипники колёс поездов. Кстати, в ходе выставки VEH демонстрировался в вагончике на миниатюрной модели железной дороги.

Датчик VEH выполняет одновременно три функции: он измеряет температуру, передаёт полученные сведения по беспроводной связи оператору и вырабатывает необходимую для всего этого электроэнергию из механических колебаний. В Perpetuum уже опробовали VEH в действии, и оказалось, что это простое устройство, не требующее никакого обслуживания, чрезвычайно полезно именно для установки в колёсах железнодорожных вагонов, поскольку оно способно мгновенно фиксировать критическое повышение температуры в подшипниках и тем самым предотвращать масштабный дорогостоящий ремонт.

Компания Perpetuum входит в состав финансируемого Европейский союзом консорциума Wibrate, объединяющего разработчиков беспроводных промышленных систем мониторинга и управления и беспроводных, самостоятельно вырабатывающих электроэнергию для своего питания за счёт вибрации.

Ещё одну оригинальную разработку показала на Energy Harvesting & Storage Europe компания Cherry, та самая, которая выпускает знаменитые «неубиваемые» компьютерные клавиатуры.

На стенде компании висела обыкновенная электрическая лампочка, и всем желающим предлагалось включить её при помощи миниатюрного беспроводного выключателя Cherry Energy Harvesting Wireless Switch. Энергии, вырабатывающейся при нажатии на кнопку, достаточно для краткой радиотрансляции, передающей сигнал включения.

Дальность передачи сигнала зависит от рабочей частоты: на частоте 2,4 ГГц команда передаётся на расстояние до 10 метров, а на частоте 868 МГц — целых 300 метров! Вырабатываемая мощность — до 0,5 мВт. Выключатель умеет работать в составе сетей, причём уникальный ID каждого из них исключает ошибочные срабатывания, а функция «спаривания» позволяет использовать несколько выключателей для одного приёмника или наоборот. Заявленная наработка на отказ — до миллиона нажатий.

Другой распространённый вид энергии, давно «прирученный» человеком, — световая и, в частности, солнечная. Фотовольтаика уже не первое десятилетие успешно применяется как в самых миниатюрных устройствах, например в микрокалькуляторах, так и в огромных космических станциях. Сегодня же учёные пытаются реализовать достижения фотовольтаики в довольно неожиданных предметах — например, в ткани.

Проект PowerWeave, также финансируемый Евросоюзом, ставит своей целью создание двух типов волокна: которое сможет улавливать солнечную энергию, преобразуя её в электрическую, и которое будет хранить эту энергию как аккумулятор. В перспективе из них можно будет изготавливать ткани, работающие как единая система по выработке и хранению электроэнергии.

Задача учёных — создать «электроткань», способную вырабатывать порядка 10 Вт энергии на квадратный метр. Если добиться этих показателей, то потенциальные способы использования такой ткани будут намного шире, чем, например, у одежды со встроенными датчиками температуры, компасом и GPS. Ткань площадью в 100 квадратных метров даст уже целый киловатт электроэнергии. А это значит, что её можно использовать в качестве материала для изготовления палаток, тентов или солнечных козырьков, которые будут способны выработать достаточно энергии, к примеру, для внутреннего освещения помещений. Кроме того, такую ткань можно будет сбрасывать с воздуха людям, терпящим бедствие.