L'électricité qui éclaire nos maisons et alimente nos appareils électroménagers crée également de petits champs magnétiques qui sont présents tout autour de nous. Les scientifiques ont développé un nouveau mécanisme capable de récupérer cette énergie de champ magnétique gaspillée et de la convertir en suffisamment d'électricité pour alimenter les réseaux de capteurs de nouvelle génération pour les bâtiments et les usines intelligents.

"Tout comme la lumière du soleil est une source d'énergie gratuite que nous essayons de récolter, les champs magnétiques aussi, " a déclaré Shashank Priya, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et vice-président associé pour la recherche à Penn State. "Nous avons cette énergie omniprésente présente dans nos maisons, bureaux, espaces de travail et voitures. Il y en a partout, et nous avons la possibilité de récolter ce bruit de fond et de le convertir en électricité utilisable."

Une équipe dirigée par des scientifiques de Penn State a développé un appareil qui fournit une puissance de sortie 400 pour cent supérieure à celle d'autres technologies de pointe lorsque l'on travaille avec des champs magnétiques de faible niveau, comme ceux que l'on trouve dans nos maisons et nos bâtiments.

La technologie a des implications pour la conception de bâtiments intelligents, ce qui nécessitera des réseaux de capteurs sans fil auto-alimentés pour faire des choses comme surveiller l'énergie et les modèles opérationnels et contrôler à distance les systèmes, disaient les scientifiques.

« Dans les bâtiments, il est connu que si vous automatisez beaucoup de fonctions, vous pourriez en fait améliorer l'efficacité énergétique de manière très significative, " Priya a déclaré. "Les bâtiments sont l'un des plus gros consommateurs d'électricité aux États-Unis. Ainsi, même une baisse de quelques pour cent de la consommation d'énergie pourrait représenter ou se traduire en mégawatts d'économies. Ce sont les capteurs qui permettront d'automatiser ces contrôles, et cette technologie est un moyen réaliste d'alimenter ces capteurs."

Les chercheurs ont conçu des appareils fins comme du papier, environ 1,5 pouces de long, pouvant être placé sur ou à proximité des appareils, lumières, ou des cordons d'alimentation là où les champs magnétiques sont les plus forts. Ces champs se dissipent rapidement loin de la source de courant électrique circulant, disaient les scientifiques.

Lorsqu'il est placé à 4 pouces d'un radiateur, l'appareil a produit suffisamment d'électricité pour alimenter 180 matrices de LED, et à 8 pouces, assez pour alimenter un réveil numérique. Les scientifiques ont rapporté les résultats dans le journal Sciences de l'énergie et de l'environnement .

"Ces résultats fournissent des avancées significatives vers une énergie durable pour les capteurs intégrés et les systèmes de communication sans fil, " a déclaré Min Gyu Kang, professeur adjoint de recherche à Penn State et co-auteur principal de l'étude.

Les scientifiques ont utilisé une structure composite, superposer deux matériaux différents ensemble. L'un de ces matériaux est magnétostrictif, qui convertit un champ magnétique en contrainte, et l'autre est piézoélectrique, qui convertit le stress, ou des vibrations, dans un champ électrique. La combinaison permet à l'appareil de transformer un champ magnétique en un courant électrique.

Le dispositif a une structure en forme de poutre avec une extrémité serrée et l'autre libre de vibrer en réponse à un champ magnétique appliqué. Un aimant monté à l'extrémité libre du faisceau amplifie le mouvement et contribue à une production plus élevée d'électricité, disaient les scientifiques.

"La beauté de cette recherche est qu'elle utilise des matériaux connus, mais conçoit l'architecture pour maximiser essentiellement la conversion du champ magnétique en électricité, " a déclaré Priya. " Cela permet d'atteindre une densité de puissance élevée sous des champs magnétiques de faible amplitude. "

Rammohan Sri Ramdas, professeur adjoint de recherche à Penn State, participé à la recherche.

Hyeon Lee et Prashant Kumar ont également contribué, assistants de recherche à Virginia Tech, et Mohan Sanghadasa, chercheur principal au Centre de l'aviation et des missiles, Commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine.

Certains des membres de l'équipe de cette étude ont été financés par l'Office of Naval Research et les autres par la National Science Foundation.