В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ активно ведется работа над инновационным способом получения электроэнергии, который может революционизировать применение источников питания.
Основная цель проекта заключается в создании электростатических микроэлектромеханических источников питания, или микрогенераторов, которые способны преобразовывать энергию механических колебаний в электрическую энергию.
Такой подход позволяет избежать необходимости периодической замены или подзарядки традиционных батарей и аккумуляторов.
Проект осуществляется в рамках исследования принципов создания электростатических микроэлектромеханических преобразователей вибрационной энергии в электрическую энергию при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области.
Развитие альтернативных источников энергии является одним из приоритетов в научно-технологическом развитии региона.
Стремительное развитие проекта стало возможным благодаря грантовой поддержке в размере 3 миллионов рублей от РНФ.
Только в 2023 году в Новосибирской области было поддержано 72 проекта фундаментальных и прикладных исследований на общую сумму 86 миллионов рублей при участии РНФ и других структур.
Разрабатываемые принципы проектирования микрогенераторов будут способствовать началу производства новых видов микроэлектромеханических систем в электронной промышленности Новосибирска, включая акселерометры, гироскопы и микрогенераторы энергии.
Предприятия, такие как АО «НЗПП Восток», смогут внедрить эти инновационные источники питания, что приведет к упрощению обслуживания и расширению областей применения беспроводных устройств.
Считается, что микрогенераторы могут успешно использоваться, например, в качестве источников питания для имплантированных кардиостимуляторов, что может значительно улучшить качество жизни пациентов.
Таким образом, разработка электростатических микроэлектромеханических источников питания представляет собой не только технологическое достижение, но и важный шаг в направлении создания экологически чистых и энергоэффективных решений в области энергетики и медицины.
Более того, микрогенераторы способны функционировать при низких температурах, присущих Новосибирской области в зимний период, когда емкость батарей и аккумуляторов значительно снижается», — отметил министр науки и инновационной политики Новосибирской области.
«Энергия может быть накоплена из внешних источников окружающей среды: света, тепла, движения, и храниться в виде электрической энергии в аккумуляторе или конденсаторе. Накопленная энергия обычно используется для питания низкомощных беспроводных электронных устройств: автономных информационно-измерительных систем, датчиков и беспроводных сенсорных сетей.
Значимость данного проекта объясняется, во-первых, наличием разнообразного «энергетического мусора» в окружающей нас среде: это шумы, вибрации и т.д. Во-вторых, существует потребность в автономных источниках питания для различных датчиков, которые проблематично или экономически невыгодно питать проводным способом. Из этого вытекает идея преобразования энергетического мусора в электрическую энергию и зарядки аккумуляторов, от которых зависят работоспособность указанных датчиков.
Мы разрабатываем устройство, основанное на преобразовании энергии механических вибраций, присутствующих в окружающей среде, в электрическую энергию при помощи электростатического микроэлектромеханического преобразователя (МЭМС-преобразователя)», — рассказал лидер проекта, заведующий кафедрой полупроводниковых приборов и микроэлектроники факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ, кандидат технических наук.
Технология МЭМС-преобразователей основана на использовании микроэлектромеханических систем (МЭМС), которые объединяют в себе механические компоненты, электрические узлы и электронные схемы. Работа электростатических МЭМС основана на использовании конденсатора переменной емкости, который преобразует механическую энергию в электрическую.
В настоящее время исследователи занимаются изучением различных источников вибраций для применения в МЭМС-устройствах. Эти источники включают бытовые приборы, движение оконного стекла при транспортировке, колебания железнодорожных шпал при проезде поезда и другие. Целью исследований является оценка потенциала энергии, которую можно извлечь из этих вибраций с помощью МЭМС-преобразователей и определение их достаточности для питания различных датчиков.
Например, вибрации, вызванные движением поезда по рельсам, могут быть использованы для создания датчиков целостности железнодорожного полотна, которые могут обнаруживать повреждения. Это особенно актуально в местах, где отсутствует электричество.
МЭМС-преобразователи также могут найти применение в автомобилестроении для датчиков давления в шинах, в медицине в качестве источников питания для имплантированных кардиостимуляторов и в различных гаджетах для увеличения времени автономной работы.
В рамках данного проекта было создано несколько лабораторных образцов устройства. В настоящее время идет работа по оптимизации и поиску способов увеличения их эффективности с целью получения большего количества энергии от работы микрогенераторов.