Selbstbetriebener Alarm überwacht Brände und die Umwelt

Ein neues Gerät namens MC-TENG – kurz für mehrschichtigen zylindrischen triboelektrischen Nanogenerator – erzeugt elektrische Energie, indem es Energie aus der sporadischen Bewegung der Äste gewinnt, an denen es hängt. Das energieautarke Sensorsystem könnte das Feuer und die Umgebungsbedingungen kontinuierlich überwachen, ohne dass nach dem Einsatz Wartungsarbeiten erforderlich sind.

Zu den traditionellen Waldbranderkennungsmethoden gehören Satellitenüberwachung, Bodenpatrouillen, Wachtürme und andere, die im Gegenzug für geringe Effizienz hohe Arbeits- und Finanzkosten verursachen. Gegenwärtige Fernsensortechnologien werden immer gebräuchlicher, verlassen sich jedoch in erster Linie auf Batterietechnologie für die Stromversorgung.

Obwohl Solarzellen weit verbreitet für tragbare Elektronik oder Systeme mit eigener Stromversorgung verwendet werden, ist es schwierig, diese in einem Wald zu installieren, da sie von üppigem Laub beschattet oder bedeckt werden.

Die TENG-Technologie wandelt externe mechanische Energie – wie die Bewegung eines Astes – durch den triboelektrischen Effekt in Elektrizität um, ein Phänomen, bei dem bestimmte Materialien elektrisch aufgeladen werden, nachdem sie sich von einem zweiten Material, mit dem sie zuvor in Kontakt waren, getrennt haben. P>

Die einfachste Version des TENG-Geräts besteht aus zwei zylindrischen Hülsen aus einzigartigem Material, die ineinander passen. Die Kernhülse wird von oben verankert, während die untere Hülse frei nach oben und unten gleiten und sich von einer Seite zur anderen bewegen kann, nur eingeschränkt durch ein elastisches Verbindungsband oder eine Feder. Wenn sich die beiden Hülsen asynchron bewegen, erzeugt der intermittierende Kontaktverlust Strom. Die MC-TENG sind mit mehreren hierarchischen triboelektrischen Schichten ausgestattet, die die elektrische Leistung erhöhen.

Der MC-TENG speichert seinen sporadisch erzeugten elektrischen Strom in einem auf Kohlenstoffnanoröhren basierenden Mikro-Superkondensator. Die Forscher wählten diese Technologie wegen ihrer schnellen Lade- und Entladezeiten, die es dem Gerät ermöglichen, sich mit nur kurzen, aber anhaltenden Windböen angemessen aufzuladen. Bei einer sehr niedrigen Vibrationsfrequenz kann der MC-TENG effizient Strom erzeugen, um den angeschlossenen Superkondensator in weniger als drei Minuten aufzuladen.

Die Forscher rüsteten den ersten Prototyp sowohl mit Kohlenmonoxid- als auch mit Temperatursensoren aus. Die Hinzufügung eines Temperatursensors sollte die Wahrscheinlichkeit eines falsch positiven Kohlendioxidmesswerts verringern.

Das Team wird ein Produktionsgerät im Feld testen, um die Umweltbedingungen im Wald und Testszenarien zu überwachen, wobei Materialien verwendet werden, die ein echtes Feuer nachahmen.

Sie zielen auch darauf ab, zusätzliche Funktionen hinzuzufügen, die es ermöglichen, das Gerät an die Wetter- und Umgebungsbedingungen anzupassen, an denen es eingesetzt wird.