L'energia vibrazionale è presente in molte forme nel nostro ambiente quotidiano sotto forma di energia cinetica: dal traffico veicolare alla semplice camminata. Anche se spesso può essere considerata da parte dell'opinione pubblica un disturbo o semplicemente un rumore di fondo, i progettisti riconoscono che questa energia è in grado di alimentare dispositivi ultra low power.
Introduzione
L'energia cinetica generata dalle vibrazioni viene convertita in una sorgente elettrica che può essere successivamente immagazzinata e/o utilizzata direttamente come fonte di energia. A seconda della fonte di vibrazione e dell'applicazione prevista, questi potrebbero essere lineari, non lineari e rotazionali. La sfida principale è progettare un efficiente sistema di raccolta energetica. La progettazione efficiente di tale sistema richiede una conoscenza approfondita delle caratteristiche della vibrazione circostante, del materiale che compone il trasduttore scelto e della dinamica dell'intero sistema. I raccoglitori di energia a vibrazione (VEH) catturano l'energia meccanica attraverso un sistema a molla, convertendo quindi una frazione di questa energia in una sorgente elettrica. A tal fine, l'effetto elettromagnetico, piezoelettrico o elettrostatico può essere utilizzato come trasduzione e talvolta una loro combinazione permette di migliorare l'efficienza di raccolta. La raccolta di energia vibrazionale con materiali piezoelettrici è di interesse pratico a causa di una forte richiesta di dispositivi di rilevamento wireless ed elettronica portatile a bassa potenza senza alimentazione esterna. E' necessario elaborare la corrente alternata (AC) utilizzando diversi circuiti raddrizzatori per caricare le batterie con corrente continua (DC) o per alimentare piccoli dispositivi elettronici.
I piezoelettrici sono una sottoclasse di cristalli asimmetrici. L'asimmetria del materiale stabilisce il meccanismo per cui deformare il cristallo porta a una piccola differenza di potenziale. È vero anche il contrario: l'applicazione di una tensione esterna al cristallo causerà una deformazione meccanica.
Piezoelettrico
I materiali piezoelettrici possono essere utilizzati per sfruttare l'energia meccanica, solitamente vibrazione ambientale, e convertirla in corrente elettrica per alimentare altri dispositivi. In sostanza, il piezoelettrico produce una carica elettrica quando viene applicata una sollecitazione meccanica. Al contrario, una deformazione viene prodotta quando viene applicato un campo elettrico. Il film piezoelettrico può generare abbastanza densità di carica che può essere conservata in una batteria ricaricabile per un successivo utilizzo. Un materiale piezoelettrico presenta cristalli che non hanno centro di simmetria. Per produrre l'effetto piezoelettrico [...]
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E’ semplicemente stupefacente che qualsiasi nostra azione quotidiana, seppur piccola, riesca a produrre energia. Sommando tra loro tutte queste piccole energie si potrebbe alimentare un carico elettrico importante.