„Madingi jutikliai, veikiantys su šviesa, šiluma ir vibracija, o ne baterijomis
Įsikūręs virš uosto Dinglio pusiasalyje, Airijos Atlanto vandenyno pakrantėje, Mike'o Fitzgeraldo biuras turi neprilygstamą vaizdą į sritį, kurią jis tikisi užkariauti: atvirą jūrą. Kaip „Net Feasa“ įkūrėjas ir vadovas, pavadinimas kilęs iš airiško žodžio, reiškiančio žinias, ponas Fitzgeraldas siekia įrengti jutiklį prie kiekvieno iš milijonų visame pasaulyje judančių gabenimo konteinerių. Naudodami juos tų konteinerių buvimo vietai ir sąlygoms sekti ir persiunčiant šią informaciją žmonėms, kuriems reikia per palydovą žinoti, kada konteineris yra jūroje, ir mobiliojo ryšio tinklu, kai jis yra uoste arba sausumoje, jis mano, kad įmonės galės maksimaliai padidinti tiekimo grandinių efektyvumą.
Ir tiekimo grandinės priežiūra yra tik vienas iš mažų nuotoliniu būdu prijungtų jutiklių pranašumų. Žmonės jau bendrauja su daugeliu iš jų – kartais sąmoningai, pavyzdžiui, su išmaniaisiais laikrodžiais, kartais mažiau, pvz., reguliuojančiais temperatūrą ir apšvietimą biuruose. Kai kurie žmonės iš tikrųjų didžiai kalba apie tai, kad rezultatas yra sujungtas tinklas, panašus į „daiktų internetą“ (Io T).
Nesvarbu, ar tai įvyks, ar ne, ateityje tokių jutiklių bus daug daugiau. 2017 m. lustų gamintojos ARM mokslininkai prognozavo, kad iki 2035 m. pasaulyje jų bus trilijonas. Dar blaivesni skaičiavimai siekia dešimtis ar šimtus milijardų. Ir jiems visiems reikės galios. Kad baterijų gamintojai nepradėtų trinti rankų iš džiaugsmo šioje naujoje rinkoje, ponas Fitzgeraldas ir kiti panašūs į jį turi kitokią nuomonę. Jų šios ateities versija nebus maitinama baterijomis. Vietoj to, jame esantys jutikliai ieškos pragyvenimui.
Net Feasa kuria jutiklius, kad tai padarytų. Jie yra maitinami vibracijos, šilumos ir šviesos, naudojant technologiją, sukurtą, bendradarbiaujant su Mike'u Hayesu iš Tyndall nacionalinio instituto Korke. Tokiu būdu pagaminta elektra saugoma įrenginiuose, vadinamuose superkondensatoriais, iš kur ji yra nedelsiant prieinama. Tik esant dideliam energijos badui, sistema turi iškviesti joje įmontuotą atsarginę bateriją. Todėl tos baterijos niekada neturėtų reikėti keisti. Visa tai supakuota į kelių centimetrų skersmens įrenginį, kuris sukurtas taip, kad nepastebimai tilptų ant gabenimo konteinerio durelių. Ir šie įrenginiai jau pasitvirtina ankstyvuose bandymuose.
Slaptas šaltinis
Tačiau Feasa nėra viena. Pradeda plisti jutikliai, kurie energiją semia iš aplinkos, norėdami papildyti bateriją arba ją pakeisti. Vokietijos bendrovės „EnOcean“, kuri yra viena pirmaujančių firmų šioje srityje, vadovai apskaičiavo, kad apie 20 mln. įmonės gaminių buvo sumontuota milijone pastatų visame pasaulyje.
Pažangiausi yra tie, kurie naudoja šviesą. Jų maitinimo blokai yra panašūs į saulės elementus, tačiau pritaikyti susidoroti su tuo, kad dirbtinis vidaus apšvietimas, kurį jie naudoja, yra silpnesnis už saulės šviesą ir kitos spalvos. Tokie fotovoltiniai jutikliai naudojami apšvietimo lygiui, temperatūrai, oro užterštumui ir net (šiuo metu ypač dominantiems) ore plintantiems patogenams matuoti. Automatinės sistemos, tiekiančios šiuos duomenis, gali atitinkamai reguliuoti apšvietimo, šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo lygius.
Fotovoltiniai jutikliai taip pat gali sekti gaminius surinkimo linijose ir stebėti kokybę gamybos metu. Jie siūlo akis ir ausis steriliose kamerose ir iš anksto įspėja apie trūkumą ar nuotėkį. Jie taip pat generuoja didžiulį duomenų kiekį, kurį galima panaudoti, siekiant maksimaliai padidinti efektyvumą, nors tokiu būdu juos įdarbinančios įmonės dažniausiai slepia detales. 2019 m. paskelbtame tyrime dėl visų tipų jutiklių pritaikymo pramonėje Vokietijoje, Šveicarijoje ir Austrijoje, kurį atliko konsultacinė įmonė EY, apskaičiuota, kad bendras pajamų padidėjimas dėl plataus jų diegimo gali siekti net 34 %, priklausomai nuo sektoriaus, kuriame dalyvauja.
Akivaizdu, kad fotovoltinis derliaus nuėmimas turi apribojimų, nes jis tinkamas tik tose vietose, kur paprastai dega šviesa. Tai tinka biurams ir toms gamyklų dalims, kuriose dirba žmonės. Tačiau daugeliui pramoninių pritaikymų, ypač tamsoje, naudingesnis sunaudojamos energijos šaltinis yra šiluma. Triukas, kaip tai paversti elektra, buvo atrastas prieš du šimtmečius ir nuo to laiko tobulėja. Paprastai tai apima įtaisą, vadinamą termopora, pagamintą iš dviejų tinkamų medžiagų lakštų, išdėstytų glaudžiai greta. Kai viena pusė karštesnė už kitą, elektronai juda tarp lakštų ir generuoja srovę.
Padidinus šilumą
Viena įmonė, gaminanti tokiu būdu veikiančius energijos kombainus, yra „Perpetua Power“ Oregone. Jo įrenginiai skirti neprieinamoms vietoms, kur baterijų keitimas būtų nepraktiškas. Perpetua jutikliai buvo sumontuoti naftos gręžiniuose Aliaskos sąlygomis ir Kalifornijos dykumos karštyje, kad būtų galima išmatuoti slėgį šulinių galvutėse. Jie taip pat buvo įrengti garo srauto matuokliuose po Niujorko gatvėmis, siekiant užtikrinti, kad klientai būtų tinkamai apmokestinti už naudojimąsi miesto centralizuoto šildymo sistema.
Švedijos ir Šveicarijos įmonė ABB taip pat gamina temperatūros jutiklius, kurie priklauso nuo termoelektrinio derliaus nuėmimo. Maisto pramonės klientai jį naudoja, siekdami užtikrinti, kad orkaitės būtų pakankamai karštos, o pramonės įmonių savininkai gali patikrinti, ar jų aušinimo sistemos veikia tinkamai.
Šiluminius kombainus netgi galima įmontuoti į betoninius pastatų pamatus arba pritvirtinti prie vidinių sijų, kad būtų pažymėti konstrukciniai trūkumai ir mechaninės problemos.
Kita sritis, kurioje naudojami energiją sunaudojantys jutikliai, yra transportas. Čia vibracijos ir judėjimas atsiranda savaime. 2004 m. iš Sautamptono universiteto Didžiojoje Britanijoje atsiskyrusi įmonė „Perpetuum“, kurią 2021 m. nupirko „Hitachi Rail“, kuria jutiklius, maitinamus pjezoelektra. Tai reiškinys, kai tam tikros medžiagos sukuria srovę, kai yra įtemptos arba deformuotos. Perpetuum gaminiai stebi geležinkelio riedmenų būklę – gausų vibracijos šaltinį. Ratuose, pavarų dėžėse ir varikliuose sumontuoti jutikliai gali įvertinti šių komponentų būklę, ieškodami šiluminių ir vibracinių signalų apie mechaninius defektus. Jie taip pat gali stebėti trasos būklę. Kai kurių šalių geležinkelių tinklai jais naudojasi, įskaitant Amerikos, Australijos ir Indijos geležinkelių tinklus.
Suplakite, barškinkite ir sukite
Panašių tikslų siekia Švedijos įmonė „ReVibe Energy“. Jo jutikliai, kurie remiasi elektromagnetine indukcija, o ne pjezoelektra, kad vibracijas paverstų energija, gali būti pritvirtinti prie ratų, kad būtų galima stebėti jų padėtį ir guolių įtempius. „ReVibe“ technologija taip pat taikoma kasyboje, siekiant atkreipti dėmesį į neįprastus judėjimo modelius mašinose, naudojančiose rūdos agregatų smulkinimą ir transportavimą.
Taip pat yra dar vienas judėjimo šaltinis, kurį galima panaudoti jutikliams paleisti. Tai pats žmogaus kūnas, kurį vis madingiau puošti jutikliais. Tikėtinas būdas kūno judesius paversti elektra yra naudoti prietaisus, vadinamus triboelektriniais nanogeneratoriais (TENG). Jie trintį paverčia elektra, naudojant metodą, kuris buvo naudoję bent jau senovės graikai, t.y. sutrinant dvi vadinamąsias triboelektrines medžiagas (gintaras, graikiškas žodis yra elektronas, ir vilna - kadaise buvo populiarus triboelektrinis žaislas), kad būtų sukurta statinė elektra. TENG paverčia šį vakarėlio triuką naudingu ištekliu, nes tokiu būdu generuojamas krūvis pašalinamas, kaip srovė.
Tik prieš dešimtmetį išrasti TENG gali būti įtraukti į jutiklius, pritvirtintus prie žmogaus kūno ar drabužių. Kūnai yra nuolatiniai judesių generatoriai, tiek kvėpuojant, tiek gestikuliuojant, tiek bėgant prie autobuso. Dėl daugelio triboelektrinių medžiagų lankstumo jie idealiai tinka siūti į audinius, kur būtų galima nustatyti kūno judesius, kad būtų galima maitinti jutiklius, kurie stebėtų gyvybiškai svarbius statistinius duomenis, pvz., kvėpavimą ir pulso dažnį mankštos metu. Tokie jutikliai taip pat gali puikiai pasitarnauti protingų rinkodaros tipų rankose, nes frazė „baterijos neįtrauktos“ yra ne įspėjimas, o pasigyrimas." [1]
1. "Scavenger hunt; Alternative energy." The Economist, 2 Apr. 2022, p. 64(US).
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą