Nanogeneratore triboelettrico strutturale con cuscinetti stampati in 3D per il monitoraggio intelligente dei veicoli
I ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze hanno stampato in 3D un nuovo nanogeneratore con il potenziale per consentire il monitoraggio autoalimentato di veicoli autonomi.
Indicato dai suoi creatori come “BS-TENG”, il minuscolo nanogeneratore triboelettrico (TENG) da 70 mm presenta un design strutturale del cuscinetto (BS) unico, che gli consente di fungere sia da raccoglitore di energia meccanico che da dispositivo di rilevamento autosufficiente.
Capace di funzionare fino a 1.500 giri/min, ogni BS-TENG ultracompatto può fornire una potenza di picco di 0,96 mW, che secondo il team è sufficiente per alimentare 50 LED o consentire il monitoraggio termico e della velocità di AI-driven veicoli, in un modo che “fornisce nuove opportunità per sistemi di guida automobilistica intelligenti”.
Man mano che la convergenza tra AI e veicoli commerciali continua a crescere, il problema di alimentarli in modo sostenibile è cresciuto di pari passo. Questo perché l’integrazione di tali sistemi di elaborazione avanzati può contenere il potenziale per rendere le auto autonome più sicure e affidabili, ma spesso si basano anche sull’uso di batterie non rinnovabili e nodi di alimentazione.
Molti sistemi esistenti utilizzano celle che richiedono anche una ricarica regolare che richiede tempo, che devono essere integrate in reti complesse, aumentando efficacemente i costi complessivi di sviluppo e produzione per i produttori di automobili.
In alternativa alle batterie convenzionali, è possibile sfruttare e distribuire l’energia meccanica rotazionale generata dalla svolta e dalla frenata del veicolo, per alimentare i sistemi di monitoraggio automobilistico interni. In effetti, il primo nanogeneratore è stato creato 15 anni fa da un team del Georgia Institute of Technology , che da allora ha sviluppato un TENG in grado di catturare l’energia eolica e cinetica.
Tuttavia, i ricercatori cinesi ora affermano che la limitata conversione energetica delle tecnologie esistenti, oltre alle richieste dei veicoli di intelligenza artificiale, ne impedisce una più ampia adozione. Per aggirare questo problema, gli scienziati affermano di aver ideato un nuovo approccio alla raccolta, che consente l’uso dell’energia precedentemente sprecata per alimentare un sistema di rilevamento che consente “la guida più sicura dei veicoli automatizzati”.
Per superare gli svantaggi dei TENG esistenti, gli scienziati cinesi sono tornati al tavolo da disegno, adottando la stampa 3D per creare un design completamente nuovo. Quello che hanno inventato è un nanogeneratore composto da un rotore e uno statore aderiti a lastre acriliche, con il primo caratterizzato da un telaio stampato, in cui i rulli in PTFE ruotano alternativamente per collegare gli elettrodi e generare cariche elettrostatiche.
A causa della sua natura sperimentale, il rotore prototipo aveva solo un’altezza di 3,6 mm, quindi per fare spazio ai rulli da 6 mm del dispositivo, i ricercatori hanno fuso due rotori con un tubo acrilico per formare un “doppio BS-TENG”. Durante i test, il nanogeneratore risultante si è dimostrato in grado di fornire un’uscita elevata e stabile da 100 a 1.500 giri/min, quindi il team ha teorizzato che potesse essere utilizzato per “raccolta di energia meccanica mediante rotazione delle ruote”.
Per mettere in pratica questa ipotesi, gli scienziati hanno poi integrato il loro dispositivo in un sistema di monitoraggio del veicolo autoalimentato o “SPVM”, composto da quattro doppi BS-TENG, cinque ingranaggi e due piastre acriliche. I test iniziali hanno mostrato che i nanogeneratori erano in grado di alimentare un sensore termico, che non solo poteva funzionare continuamente, ma era programmato per suonare un “allarme” quando veniva raggiunta una certa temperatura.
Ulteriori valutazioni hanno anche mostrato che l’SPVM può essere utilizzato per monitorare simultaneamente la velocità della ruota simulata dal servometro, mettendo in mostra le sue capacità multifunzionali per l’uso finale. Con ulteriori attività di ricerca e sviluppo, il team ritiene quindi che BS-TENG abbia il potenziale per essere una “svolta nella raccolta di energia rotazionale”, che fornisce un modello per migliorare sia l’efficienza dei nanogeneratori, sia la sicurezza dei veicoli guidati dall’intelligenza artificiale.
“Le reti BS-TENG integrate possono essere utilizzate sia come raccoglitore di energia rotazionale che come sistema di rilevamento ad alta velocità autoalimentato per la temperatura del veicolo e il monitoraggio della velocità in tempo reale”, ha concluso il team nel loro articolo. “Inoltre, i risultati hanno confermato che l’accuratezza del monitoraggio della velocità dei veicoli autoalimentati potrebbe raggiungere oltre il 99%, indicando che il loro design è affidabile per applicazioni pratiche”.
Per quanto impressionante sia il BS-TENG degli scienziati cinesi, è tutt’altro che la prima volta che la stampa 3D è stata utilizzata per creare dispositivi per la generazione di energia o per l’archiviazione, e la tecnologia sta attirando sempre più l’attenzione dell’industria automobilistica.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Nanogeneratore triboelettrico strutturale con cuscinetti stampati in 3D per il monitoraggio intelligente dei veicoli “, che è stato co-autore di Jin Yang, Yanshuo Sun, Jianjun Zhang, Baodong Chen e Zhong Lin Wang.
