Özerk mechatronic cihazların ilerlemesi kalıcı bir enerji ikiliği sunar. Piller, uzak altyapıya yönelik cihazlar için pratik olmayan, yapısal kompozitlerde veya implante edilen mühendisler için, bir sonraki kablosuz sensörleri ele alarak sağlam bir mühendislik çözümü sunar ve bu sistemleri organize eden elektrik gücünü kullanarak bu yaklaşımın, sürekli olarak depolanan bir enerji kaynağının sürekli, bağlam bağlı kaynakta yer almasını sağlar.

The Principles of Ambient Energy Harvesting

Enerji üretimi, ayrıca enerji kıvrımları olarak da adlandırılır, elektrik şebekelerine bağlı olarak, küçük miktarda elektrik enerjisinin, cihazın işletim ortamında mevcut olan ortam enerji kaynaklarından elde edilir.Bu kontrastlar katı olmayan enerji nesilleri ile keskin bir şekilde, elektrik şebekelerine veya doğrudan bağlantıya dayanan sinyallerin, organik sıvılarda biyolojik reaksiyonların diferansiyel ve sık sık sık sık sıkıldığı süreçtir.

Bir hasat transducerinin elektrik çıkışı, nanowattlardan miliwattlara kadar uzanan karakteristik olarak mütevazıdır. birincil mühendislik hedefi, bu nedenle, büyük bir güç malzemelerinin değiştirilmesi değil, sürekli uzun vadeli bir operasyon, küçük bataryalar veya güç görevi döngüsündeki döngüsüz, otonom cihazlar için, sabit bir enerji tasarrufu sağlar.

Bu alanda önemli bir giriş noktası:0) Güç yoğunluğu), genellikle hipometre başına 1 μW /cm3 (μW/cm3), yüksek çözünürlükte 15 mW /cm2 ile sunabilen, kapalı aydınlatma, on bir μW / cm2 ekinasyon tasarımının gerektirdiği gibi, yüksek çözünürlükte ısınabilen ısıtımının veya uzun süre boyunca ısınabilen ısınıcı değişikliklerine göre daha uzun süre boyunca ısınması gerekir.

Dominant Energy Harvesting Modalities

Belirli bir ortam enerji akışlarına dokunmak için çeşitli transdüksiyon teknolojileri gelişmiştir. birincil hasat tekniği seçimi hedef ortamın özellikleri ve mechatronic yüklerinin güç gereksinimleri tarafından dikilir.Her modality, farklı ticaret-offs in power output, fiziksel ayak izi, bakım ve ölçeklenebilirlik sağlar.

Fotovoltaik Enerji Hasat

Fotovoltaic (PV) dönüşüm, en ticari olgun ve yaygın olarak kullanılan modality olarak kalır. Monokristal silikon paneller yüksek verimlilik sağlar (Laboratuvar hücrelerde% 26-22) ve kamyum telluride (CdTe) esnek hafif, form faktörleri sunar.

Perovskite güneş hücrelerinin hızlı ortaya çıkışı, fabrikalarda ve akıllı binalarda kendini güçlü sensörlerin önemli bir ilerlemesini sunar.Seksle birlikte, yüksek çözünürlükte veya kapalı bir mikro kontrol altında uygulanan, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir sistemdir.

Mekanik Titreşim ve Kinetik Enerji

Orta titreşimlerden gelen kinetik enerji, etkiler veya lineer hareket endüstriyel, ulaşım ve biyomedikal ortamlarda sağlam bir güç kaynağı sunar. Üç baskın transdüksiyon mekanizması, jzoelektrik, elektromanyetik ve elektrostatiktir.

[FONT=0)Piezoelektrik hasatçılar [Dönetici:0) Mekanik olarak sıkıştırıldığında AC gerilimi yaratırlar.Seksler, ev sahibi yapıların baskın titreşim frekanslarına yeniden giriş yapar (örneğin, bir motor kaplama, veya insan eklemi gibi) için daha iyi bir boyut sağlar.

Gerçek dünya titreşim kaynakları genellikle zaman içinde genişliyor veya frekansta değişebilir.Bunu ele almak için araştırmacılar, yeniden yönlendirilen frekans ayarını, frekansları yukarı doğrultarak ve doğrusal olmayan bistable oscillators.Bu tasarımlar etkili operasyonel bant genişliğini genişletiyor, onları öngörülemeyen ortamlarda daha uygulanabilir hale getiriyorlar.[Gtriboelektrikli olmayanlar için).[Gtriboelektrikli enerji üretimine karşılaştırıldığında, düşük güçlendiriciler için düşük elektriksel hareketlerle - yüksek frekanslı geçişler için düşük güçlendiriciler için - yüksek frekanslılar için - yüksek frekanslı geçişler için - yüksek frekanslı geçişler için - bazı hızlarda yüksek basınçlar için - yüksek basınçlar için -

Termoelektrik Enerji Enerjinin Enerjisi

Termoelektrik jeneratörleri (TEGs), yakın oda sıcaklığı uygulamaları için, bir TEG modülünün etkisi, malzemenin yarı iletken çiftlerinin bir dizisinden oluşur ve genellikle bismuth Telluride (Bi2Te3) yakın oda sıcaklığı uygulamaları için, sıcak ve soğuk yan seramik plakalar arasında sandviç yapılır.

Endüstriyel ortamlar, TEG dağıtım için bol fırsatlar sağlar. Bir TEG'yi sıcak bir yüzeye dönüştürmek, örneğin egzoz boruları, buhar hattı veya fırın duvarı, soğuk hava varlığında militarize hava kirliliği ile yüzlerce militarya ısıtabilir.Bu, sürekli enerji izleme veya kalp atışları için sürekli olarak ısıtılabilir.

Radyo Frekans Enerjinin Yeniden Üretilmesi

Ortam RF enerji, elektromanyetik radyasyonu ubiquitous kablosuz iletimlerden alır, Wi-Fi, hücresel temel istasyonlar, televizyon ve Bluetooth cihazları dahil olmak üzere, bu tekniği ultra-düşük-güç uygulamaları için en uygun hale getirir, RF sinyalini ele alır ve DC güç seviyelerine dönüştürür.

Düşük güçlere rağmen, özel RF kaynakları kontrollü kablosuz güç transferinde (WPT) düğümleri kasıtlı olarak gösterebiliyor ve bu da yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte hıza sahip olan fiziksel güç aralığına sahip oluyor.

Gelişen ve Niche Harvesting Teknikleri

Birkaç umut verici teknoloji, enerji hasat sınırlarını genişletmektedir.ETHFLT:0)Triboelektrik nanojeneratörleri (TENGs)), çift iletişimli elektriksel darbelere dönüştürmek için elektrostatiksel olarak bağlantı kurar. Sertleştirici, geniş ölçekli enerji dalgası, rüzgar veya su akışına sahip olabilir, TENGS'ler ucuz, esnek polimerlerden imal edilebilir.

Her bir nehirde, yarı zamanlı olarak, yüksek enerjili enerjilerin (günde) ısıtılması veya ısı kaynaklarına yakın olması için, yüksek çözünürlükte enerji tasarrufu sağlayan, yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek enerjili enerjili yüksek enerjili yüksek çözünürlükte bulunanlar için yüksek çözünürlükte bulunanlar için, yüksek çözünürlükte bulunanlar için yüksek çözünürlükte bulunanlar için yüksek çözünürlükte bulunanlar için, yüksek çözünürlükte bulunanlar için yüksek çözünürlükte bulunanlar için yüksek çözünürlükte bulunanlar.

Sistem-Level Entegrasyon ve Güç Yönetimi

Ham hasat edilen güç, modern mechatronic elektroniklerinin gerilim ve mevcut gereksinimleri ile nadiren uyumludur. Transducer çıkışından maksimum güç transferini sağlamak için sofistike bir güç yönetimi arayüzü gereklidir.Bu arayüz birkaç kritik işlevi yerine getirmek gerekir: AC-DC retification (örneğin, büz, elektromanyetik, ve RF kaynakları), gerilim adım veya adım dönüşümleri düzenlemeli ve hasattan maksimum güç transferini sağlamak için uygun bir şekilde bir araya gelmelidir.

Enerji hasat için özel ticari Power Management ICs (PMICs) bu işlevleri tek, düşük güç paketlerini entegre etmek için, ADP5091 veya Texas Instruments BQ25570, batarya yönetimi gibi temel özellikleri içerir ve nanoamp aralığındaki bu uygulamaları takip etmek için çok az değişkenli bir şekilde tasarlanmıştır.

Çünkü hasat edilen enerji geçicidir, bazı enerji depolama şekli, tüketimden gelen yarı iletken sistemlere sahiptir.[Dönetici) ve süper kapasiteye sahip (500-2000 döngü) ve güç yoğunluğuna sahiptir.

Enerji-Neutral Operasyon için Tasarım Yöntemi

Achieving gerçekten otonom, bakımsız bir operasyon, sistem tarafından tanımlanmış bir operasyonel döngü üzerinde tüketilen titiz bir tasarım metodolojisi gerektirir.Bu tasarım süreci, ortalama ışık yoğunluğu, vitrektomi ısısı ısısı [Dönüşükümlü enerji ile ilgili olarak, belirli bir dağıtım yeri ile ilgili olarak, belirli bir enerji toplayıcılar için, bir yıl boyunca hızlanan bir hıza sahiptir.

Kaynak ortalamaları ile, bir sonraki adım cihazın güç tüketimine karşı çıkıyor. Mechatronic sistemleri genellikle farklı operasyonel devletlere sahiptir: düşük güç kısa süreler için milisli boşluklar (Dönetici) ile birlikte yüksek enerji tasarrufu sağlayan yüksek performanslı bir sistemle çakışan bir şekilde ayarlandığından dolayı yüksek enerji tasarrufu sağlar.

Diğer birkaç pratik husus kritiktir. hasat şekli faktörü, aşırı yükleme koruması, ısı kesme ve piller için derin-discharge koruma dahil olmak üzere, özellikle de tıbbi veya endüstriyel güvenlik bağlamdaki bozulmalar için muhasebe. Enerji-nez tasarımlarında genellikle yarı iletken üreticiler tarafından sağlanır.

Dönüşümlü Uygulamaları Across Industries

Enerji hasat, araştırma laboratuvarlarından çeşitli endüstrilerde pratik, yüksek tutarlı uygulamalara geçiştir.

[[Düzg:0) Ortam Nesnelerin İnterneti (IIoT) ve Endüstri 4.0: Motorlarda, pompalarda ve konveyörler asli adaylardır.Finanslar, iletkenler için hızlanmış ısıtıcı jeneratörleri, uzun süre boyunca kanıtlanmış yığınlar üzerinde güvenilir bir işlem sunar.

[FONT:0]Structural Health Watch (SHM): ), Bridges, rüzgar türbinleri ve boru hatları, TEG'leri kablosuz olarak rapor eden güç bıçakları ile şarj ederken, Fransa'daki periyodik el denetimleri ihtiyacını ortadan kaldırır. Örneğin, Millau Viaduct in France, rüzgar kaynaklı titreşimleri izlemek için kendini güçlü sensörler kullanır ve boru hatlarıyla dondururken, rüzgarlı bıçak sensörleri kullanarak TEG'leri kullanan güç bıçak sensörlerine uygular.

[FONT:0) Wearable ve Medical devices: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜSTR:0) Sürekli kalp monitörlerini ve ECG yamalarını ortadan kaldırmak için vücut ısısını kullanmak, hasta uyumunu geliştirmek ve tıbbi atıkları azaltmak.

[FONT:0) Akıllı Tarım ve Çevre İzleme: [Dönetici:[Döneticiler) Dağıtılmış sensör ağlarının küçük güneş panelleri veya toprak bazlı su bazlı yağlara dayanan TEG'ler, toprak nemleri, besin ve mikroklimate sensörlerine yönelik olarak çalışmasını sağlar.Bu veriler hassas sulama ve fertilizasyon, kaynak kullanımı ve ekin verimini sağlar. Uzak kutup veya çöl bölgelerinde, batarya yedeklerinin tahrip edilmesi zor durumda, güneş-wind hibrid hasatörleri onlarca yıldır operasyonel verileri tutar.

[FONT:0]Aerospace ve Savunma: [Dönemli hava araçları (UAVs) ve uzaktan algılama platformları, batarya rezervlerini esnek güneş ciltleri ile takviye ediyor, uzun vadeli rekonnaissance veya çevre izleme sırasındaki görevleri genişletiyor. Uzayda, termoelektrik jeneratörleri radyoisotope ısı kaynaklarını (RTGs) kullanan standarttır.

Sınırlama ve Gelecek Yollarını Bırakmak

Enerji hala temel fiziksel ve ekonomik engellerle karşı karşıya kalır. Düşük ve aralıklı güç yoğunluğu, uzun yıllar boyunca sert ortamlardaki hız ve dikkatli enerji bütçelemesini talep eder ve sistem için karmaşıklık sağlar. Ayrıca, hasat ve kablosuz iletişim protokolleri (örneğin, yüksek sıcaklık TEG) arasındaki üretim ölçekleri, küçük kalır, birim standart bataryalara kıyasla yüksek tutar. Sert ortamlardaki tasarruf sağlar.

Bu zorluklara rağmen, araştırma yörüngesi oldukça umut vericidir.ETHFLT:0) İleri malzemeler), bu ilerlemenin ön safındadır. Nanoyapılı termoelektrikler yüksek ZT (approaching 2.0 in lab gösteriler), genişleyen fotovoltaikler, renkli ve ultraviyole ışık yakalamak ve genel ayak izi artırmak için, yüksek sıcaklıklı litreler sürekli olarak performans geliştirir.

[FONT:0)Artificial intelligence (AI) ve makine öğrenimi (ML)[Dönetici:0) Enerji yönetimi için güçlü araçlar olarak ortaya çıkıyor. Enerjinin üretim ve tüketim modellerini zamanında öğrenebiliyor ve tahmin edilebilir algoritmaları kullanarak - güneş ışınlama tahmin sistemi için uzun kısa vadeli bellek (LSTM) ağları - cihazı yüksek güç işlemleri (enerji iletimi veya karmaşık hareketlendirme) için yüksek performanslı bir şekilde eğitilebilir.

Kablosuz güç aktarımı ve enerji-neutral iletişim protokolleri için standartların maturasyonu (Arapça standartları birliği içinde olanlar ve gezegenin en ulaşılamayan köşeleri gibi:0)EnOcean Alliance), daha sonraki on yıl boyunca enerji hasatını daha hızlandıracak, gerçekten de uzman bir istisna değil, geniş bir dizi özerk sistem için.