Разработан новый класс упругих преобразователей энергии, способных улавливать энергию от различных движений. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) настаивает на их развертывании, первом в серии странных, изогнутых волновых конструкций.
Вместо того, чтобы приводить в действие турбины или объединять их для приведения в действие внешнего генератора, эти устройства будут построены с использованием множества небольших гибких генераторов, каждый из которых действует как мышечное волокно, производя собственную продукцию.
В одном из таких генераторов используются диэлектрические эластомеры, впервые появившиеся в конце 1990-х годов. Согласно обзору 2020 года, опубликованному в Advanced Intelligent Systems, они по существу состоят из слоя деформируемого эластичного диэлектрического материала, покрытого электродами, образующими переменный конденсатор.
В ненагруженном состоянии эти генераторы имеют наименьшую емкость, и любое отклонение от исходного состояния увеличивает их емкость, будь то растяжение, скручивание, сжатие или изгиб в любом направлении. При пиковой деформации они заряжаются через электроды, в результате чего их емкость становится равной их ненапряженному состоянию, а эластичность работает против электрического заряда, возвращая их в состояние наименьшей емкости, производя больше энергии, чем было использовано. для создания заряда в первую очередь.
Как это работает?
Как и в случае с турбинными генераторами, эти устройства могут работать в обоих направлениях, либо собирая энергию от внешних сил деформации, либо расходуя ее на работу в качестве исполнительных механизмов. Они также могут действовать как датчики, обеспечивая постоянную обратную связь о том, насколько они растянуты по сравнению с их нормальным состоянием, и, по сути, давая мозгу/батарее информацию, из которой можно определить, сколько заряда нужно применить в данный момент времени.
В 2019 году в Шотландии был испытан генератор диэлектрического эластомера в виде резиновой мембраны на конце воздушной трубки. Он продемонстрировал способность собирать энергию как тогда, когда высокое волновое давление выталкивало воздух вверх в трубку, надувая резину немного, как воздушный шар, так и когда низкое волновое давление всасывало столб воздуха и тянуло мембрану вниз вместе с ним.
Но планы NREL идут гораздо дальше. Волны не только поднимаются и опускаются, они производят почти случайное движение практически во всех направлениях. Генераторы DEEC-Tec будут иметь минимально возможную прочную конструкцию. Они будут почти полностью гибкими, что позволит им собирать кинетическую энергию, когда бы она ни поступала.
Насколько практична такая конструкция?
Эластичная структура, построенная из сотен или тысяч крошечных эластомерных генераторов, каждый из которых требует точного приложения заряда в определенные моменты, безусловно, может быть сложной для управления. Но вполне разумно полагать, что система глубокого обучения ИИ сможет понять это и быстро адаптироваться к изменяющимся условиям.
И природа этих диэлектрических эластомеров как датчика, генератора и исполнительного механизма в одном даст системе управления беспрецедентную способность изменять структуру, как мягкий робот, когда есть преимущество в принятии другой формы.
Впрочем, генераторы диэлектрических эластомеров здесь не единственный вариант; команда так же счастлива включить генераторы ионно-диэлектрических эластомеров, магнитострикционные генераторы и все остальное, что может иметь отношение к данному проекту, возможно, в комбинации.
Команда NREL говорит, что эти устройства можно легко изготовить из недорогих экологически чистых материалов. Они обеспечивают определенную степень избыточности, даже если несколько генераторов в данной структуре выходят из строя.