Contrairement aux récupérateurs d'énergie MEMS à électret conventionnels, qui contiennent l'ensemble du système dans une seule puce, la méthodologie de conception proposée implique d'avoir l'électret et le condensateur accordable MEMS dans des puces différentes, desserrer les contraintes de conception. Crédit :Daisuke Yamane
Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont développé un récupérateur d'énergie micro-électromécanique qui permet plus de flexibilité dans la conception, ce qui est crucial pour les futures applications IoT.
De nos jours, il serait difficile de ne pas remarquer que les appareils électroniques sont devenus incroyablement petits. L'utilisation de capteurs miniatures dans la prochaine ère de l'Internet des objets (IoT) pourrait nous permettre de développer des applications qui n'ont été vues que dans la science-fiction. Cependant, les dispositifs microélectroniques ont encore besoin d'électricité pour fonctionner, et des systèmes micro-électromécaniques de récupération d'énergie (MEMS) peuvent être utilisés pour que ces minuscules engins puissent fonctionner à l'énergie ambiante, comme celle provenant des vibrations mécaniques.
Comme le montre la figure 1, les récupérateurs d'énergie MEMS conventionnels utilisent un électret (l'équivalent électrique d'un aimant permanent; il contient une charge permanente) placé dans un condensateur accordable MEMS, qui a une électrode mobile qui est poussée par les forces ambiantes, induisant le mouvement des charges. Malheureusement, cette conception est très contrainte car les procédés de fabrication des composants électret et MEMS doivent être compatibles. Par conséquent, une équipe de scientifiques, dont le professeur assistant Daisuke Yamane de Tokyo Tech, a proposé un nouveau récupérateur d'énergie à base d'électret MEMS qui se compose de deux puces distinctes :une pour le condensateur accordable MEMS, et un contenant un électret et un matériau diélectrique pour former un autre condensateur (Fig. 1). « Cela nous permet pour la première fois de séparer physiquement les structures MEMS et les électrets, " déclare Yamane.
Principe de fonctionnement du récupérateur d'énergie proposé Lorsque la capacité du condensateur accordable est supérieure à celle du circuit électret, un mouvement de charges est induit dans une direction. De même, quand la situation s'inverse, un mouvement de charges est induit en sens inverse. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Le mécanisme de récupération d'énergie de l'appareil est illustré à la Fig. 2. La capacité du circuit à électret est fixe (Cfix), tandis que celui du condensateur accordable (CM) MEMS change en fonction de l'étirement du ressort (causé par des vibrations externes). Lorsque CM devient supérieur à Cfix, un mouvement de charges est induit et le condensateur accordable se charge. De même, lorsque Cfix est plus élevé, les charges se déplacent dans la direction opposée et le condensateur dans le circuit à électret se charge.
Lorsque la capacité du condensateur accordable est supérieure à celle du circuit électret, un mouvement de charges est induit dans une direction. De même, quand la situation s'inverse, un mouvement de charges est induit dans la direction opposée (ci-dessus). Photos du système et de la tension de sortie mesurée. À gauche, des images du système conçu sont affichées ; la structure en forme de peigne du condensateur accordable MEMS peut être appréciée. À droite, la tension de sortie mesurée démontre que l'énergie vibratoire mécanique peut être efficacement récupérée (ci-dessous) . Crédit :Daisuke Yamane
Ces mouvements de charges représentent une puissance électrique exploitable. Le côté gauche de la figure 3 montre des images des puces fabriquées et un schéma simplifié, et le côté droit montre que la tension peut être générée efficacement. "La méthode proposée peut être un moyen prometteur d'améliorer la flexibilité de conception et de fabrication des structures MEMS et des électrets, " conclut Yamane. L'assouplissement des contraintes de conception élargit les limites des ingénieurs et accélérera le début de l'ère de l'IoT afin que nous puissions en tirer parti.
