‘Biến’ năng lượng từ trường thành điện cho mạng cảm biến

Dòng điện chiếu sáng và cung cấp năng lượng cho các thiết bị cũng tạo ra từ trường nhỏ hiện diện xung quanh chúng ta.

Nhóm nghiên cứu tại Mỹ đã phát triển một cơ chế mới để thu gom và chuyển đổi từ trường xung quanh chúng ta thành điện năng

Các nhà khoa học tại Mỹ đã phát triển một thiết bị mới có khả năng thu gom lại nguồn năng lượng từ trường không được sử dụng xung quanh chúng ta và chuyển đổi nó thành điện cung cấp cho các mạng cảm biến thế hệ tiếp theo dùng trong tòa nhà và nhà máy thông minh.

“Cũng giống như ánh sáng mặt trời, từ trường là nguồn năng lượng miễn phí mà chúng tôi đang cố gắng thu hoạch. Chúng ta đều có nguồn năng lượng này trong nhà, không gian văn phòng, không gian làm việc và cả ô tô. Nó ở khắp mọi nơi và chúng ta có cơ hội thu gom và chuyển đổi từ trường thành điện năng có thể sử dụng được”, Shashank Priya, Giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu, phó chủ tịch về liên kết nghiên cứu tại bang Pennsylvania (Mỹ), nói.

Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học của bang Pennsylvania dẫn đầu đã phát triển một thiết bị mới cung cấp năng lượng cao hơn 400% so với các công nghệ tiên tiến khác khi hoạt động với từ trường cấp độ thấp. Theo các nhà khoa học, công nghệ này có ý nghĩa đặc biệt trong việc thiết kế các tòa nhà thông minh vốn thường yêu cầu các mạng cảm biến không dây tự cấp nguồn năng lượng để làm những công việc như giám sát năng lượng, mô hình hoạt động và hệ thống điều khiển từ xa.

“Trong các tòa nhà, nếu bạn tự động hóa nhiều chức năng, bạn thực sự có thể cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng. Các tòa nhà là một trong những nguồn tiêu thụ điện lớn nhất ở Mỹ. Vì vậy, thậm chí chỉ cần giảm một vài phần trăm mức tiêu thụ điện đều có thể tiết kiệm được hàng megawatt năng lượng. Cảm biến là yếu tố có thể tự động hóa nhiều chức năng và công nghệ mới là cách thực tế để cung cấp năng lượng cho các cảm biến”, Giáo sư Shashank Priya cho hay.

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế loại thiết bị mới mỏng như giấy, dài khoảng 1,5 inch, có thể đặt ở trên hoặc gần các thiết bị tiêu thụ điện, đèn hoặc dây nguồn nơi từ trường mạnh nhất. Khi có mặt thiết bị mới, từ trường sẽ nhanh chóng “tan ra” khỏi dòng điện. Nhóm nghiên cứu đã đặt 4 inch thiết bị mới gần một lò sưởi, kết quả là thiết bị đã thu gom, chuyển đổi đủ điện để cung cấp cho 180 mảng LED. Và khi ở mức 8 inch, năng lượng được tạo ra đủ để cung cấp cho một đồng hồ báo thức kỹ thuật số. Các nhà khoa học đã báo cáo thành tựu nghiên cứu trên tạp chí Energy and Environmental Science.

“Kết quả này cung cấp tiến bộ đáng kể về nguồn năng lượng bền vững cho các cảm biến tích hợp và hệ thống truyền thông không dây”, Kang Min Gyu, Giáo sư nghiên cứu tại bang Pennylvania, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng cấu trúc hỗn hợp, xếp hai vật liệu khác loại lại với nhau. Một trong hai vật liệu này là từ tính có chức năng biến đổi từ trường thành ứng suất, và vật liệu còn lại là áp điện để chuyển đổi ứng suất, hoặc rung động thành điện. Sự kết hợp này cho phép thiết bị mới biến đổi từ trường thành dòng điện. Thiết bị mới có hình dạng cấu trúc giống như một chùm tia với một đầu được kẹp lại và đầu còn lại tự do rung động để thích ứng với từ trường nơi nó được đặt vào. Ngoài ra, ở đầu tự do còn có một nam châm được gắn vào để góp phần tạo ra sản lượng điện cao hơn. “Cái hay của nghiên cứu này là nó sử dụng các vật liệu quen thuộc, nhưng lại thiết kế một cấu trúc đặc biệt để tối đa hóa việc chuyển đổi từ trường thành điện năng”, Giáo sư Shashank Priya nói.

Rammohan Sri Ramdas, Giáo sư tại bang Pennsylvania cũng tham gia nghiên cứu. Ngoài ra, cùng đóng góp còn có Hyeon Lee và Prashant Kumar, trợ lý nghiên cứu tại Virginia Tech và Mohan Sanghadasa, nhà khoa học cấp cao tại Trung tâm Hàng không và Tên lửa thuộc Bộ Tư lệnh Phát triển Khả năng Chiến đấu Quân đội Mỹ. Một số thành viên khác tham gia thông qua Văn phòng Nghiên cứu Hải quân và Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ.

Phương Anh