В раскачивающихся деревьях есть энергия

Вообразите лес деревьев, качающихся на ветру. Теперь представьте, что вы можете захватить эту энергию и использовать ее навсегда - скажем, чтобы предотвратить смертельный обвал моста.

Это то, что Райан Харн, исследователь из Университета штата Огайо, пытается сделать. Ну вроде как. Он построил маленькие машины, которые имитируют структурные свойства деревьев, что позволяет более эффективно собирать энергию и преобразовывать ее в электричество.

Для чего нужен генератор крошечных деревьев? Представьте себе: во всем мире здания, мосты и самолеты оснащены датчиками для измерения вибраций, которые сигнализируют о разрушении конструкции и ее разрушении.

«Они разрастались после ряда крупных структурных катастроф, таких как разрушение мостов», - рассказывает Харн. обратный.

По отдельности эти датчики не потребляют много энергии, но в совокупности их энергопотребление довольно велико. Сегодня они полагаются в основном на одноразовые батареи, которые являются расточительными и вредными для окружающей среды.

«Лампочка была тем, что, эй, давайте попробуем привести в действие датчики, используя вибрации, которые они фактически контролируют», - говорит Харн. Это вопрос, над которым исследователи работают около 25 лет.

И вот тут-то и появляются деревья. Деревья обладают действительно интересными структурными свойствами, которые регулируют их реакцию на ветреные условия.

Оказывается, они демонстрируют это странное явление, называемое внутренним резонансом: меньшие ветви на внешней стороне дерева быстро колеблются на ветру, и эта энергия передается более длительным колебаниям в больших ветвях и в стволе. Таким образом, энергия рассеивается, и дерево может противостоять более сильным порывам.

«Есть только несколько действительно убедительных доказательств от ботаников, что деревья используют действительно замечательное распределение частот, на котором они колеблются, и это помогает консолидировать энергию для демпфирующих целей», - говорит Харн.

Он задавался вопросом, может ли он использовать тот же принцип для достижения другой цели - захвата энергии. Он построил простую древовидную структуру из стали: шестидюймовый «ствол» с одной трехдюймовой «веткой», прикрепленной под углом 90 градусов. Конструкция была снабжена полосой электромагнитного материала, которая служит для преобразования вибрационной энергии в электричество.

Затем он прикрепил свое маленькое дерево к устройству, которое качало его взад-вперед с высокой частотой. Сначала, похоже, он мало что делал, хотя некоторая электрическая активность была зарегистрирована.

Но когда он ввел некоторый «шум» в систему - случайное распределение вибрации, которая может имитировать порыв ветра или землетрясение - система достигла переломного момента, и колебания более высокой частоты ветви были перенесены на более длительный период. и большие амплитудные колебания в стволе дерева. Важно то, насколько более эффективно эти вибрации преобразуются в электричество - система более чем удвоила выходное напряжение после срабатывания внутреннего резонанса.

Эксперимент доказывает потенциал вибрационных датчиков, которые приводят себя в действие. Но Харн говорит, что трудно вызвать интерес со стороны промышленности в мире, который так привязан к одноразовым технологиям.

«Когда я увижу его в сети? Нам, вероятно, потребуется более высокий спрос на самообеспечение. Я не уверен, что это так востребовано в нашем обществе », - говорит он.

Харн не единственный, кто пытается коммерциализировать энергетический потенциал вибраций. Одна компания предложила генераторы энергии ветра, которые колеблются, а не вращаются, как способ снижения шума и вреда для дикой природы. Энергия океанской волны, которая потенциально может генерировать огромное количество электроэнергии, работает по тем же принципам.