يوضح فريق البحث أن ملف الجرافين الذي يعمل بمستشعر درجة الحرارة بدون بطارية يحصد الطاقة من المجال المغناطيسي للسلك

الملخص:

أظهر باحثون في جامعة أركنساس وجامعة ميشيغان جهازًا لحصد طاقة الجرافين يستخدم المجالات المغناطيسية حول خطوط طاقة التيار المتردد لتشغيل أجهزة استشعار درجة الحرارة منخفضة الطاقة للغاية. يعمل النظام باستهلاك طاقة يصل إلى مستوى النانووات، مما يحول المجالات المغناطيسية التي يتم تجاهلها بسهولة من خطوط الكهرباء إلى طاقة للأجهزة الإلكترونية الصغيرة.

يقوم محث الجرافين الموجود في الجهاز بجمع الطاقة من المجال المغناطيسي للتيار المتردد، ومن ثم تقوم الدائرة بتحويل إشارة التيار المتردد إلى تيار مستمر لشحن المكثف؛ يقوم المكثف بتخزين الطاقة الكهربائية ليستخدمها المستشعر. وقال فريق البحث إن المحث يجدد الشحن بشكل أسرع من استهلاك المستشعر للطاقة، لذلك يمكن الاستمرار في الحفاظ على تخزين الطاقة عندما تعمل خطوط الكهرباء القريبة بشكل طبيعي. وركزت الدراسة على التردد المتردد 60 هرتز، وهو أمر شائع في الولايات المتحدة. لم يتم أخذ الأداء في ترددات الشبكة الأخرى في الاعتبار في هذه الدراسة.

ويقدر الباحثون أنه في حالة انقطاع التيار الكهربائي، فإن المكثف المشحون سيسمح لجهاز الاستشعار بمواصلة العمل لمدة 24 ساعة على الأقل، وربما حتى أسبوع. عمر البطارية هذا هو تقدير أجراه الفريق استنادًا إلى الجهاز الحالي وليس نتيجة لاختبار انقطاع التيار الكهربائي على المدى الطويل. وتشير الورقة أيضًا إلى أن النظام التجريبي لا يزال يمر بخطوات أولية لمرة واحدة، بما في ذلك الشحن المسبق لمكثف تخزين الطاقة وإعداد المعالج؛ لم يتم التحقق بعد من البداية الباردة المستقلة تمامًا.

تم نشر هذا العمل في "علم الفراغ والتكنولوجيا ب". وقد أثبت الفريق سابقًا أيضًا استخدام خلايا الجرافين الشمسية لتشغيل أجهزة استشعار درجة الحرارة. الهدف طويل المدى هو الجمع بين طرق حصاد الطاقة البيئية المختلفة مثل الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية والصوت والحركة والمجالات الكهرومغناطيسية، بحيث يمكن للزراعة والمراقبة البيئية والتتبع الطبي والمعدات اللوجستية تقليل الحاجة إلى الصيانة لاستبدال البطارية.

ويتصور فريق البحث أن هذا النوع من أجهزة الاستشعار يمكن أن يعمل دون مراقبة لفترة طويلة في ظل ظروف الطاقة المنخفضة في المستقبل، ولكن "التشغيل المستمر لعقود" لا يزال هو هدف البحث والتطوير، وليس عمر الخدمة الذي تم إثباته حتى الآن. وقالت NTS Innovations، التي تمتلك ترخيص التسويق الحصري للتقنيات ذات الصلة، إن أكثر من 60 شريكًا محتملاً أعربوا عن اهتمامهم بالاختبار أو التكامل.