Conversores de energia
O que chamamos cotidianamente como "geração de energia" é na verdade um processo de conversão de um tipo de energia em outro, geralmente eletricidade.
O homem utiliza várias estratégias para gerar eletricidade, como o movimento das águas em vazão de uma represa, o movimento do vento fazendo girar turbinas eólicas, o movimento das materiais piezoelétricos e das marés e até mesmo o movimento do corpo humano. [Imagem: Duke]
Mas a natureza produz muitos outros tipos de "movimento" que poderiam ser explorados para a geração de eletricidade.
Natureza multifrequencial
O desafio, contudo, está em que a natureza não trabalha em uma frequência única: ela se movimenta em ritmos extremamente variados, que vão de vibrações de alta frequência até o virtual repouso, variando de um extremo a outro em segundos.
E os geradores fabricados pelo homem - isto é, os dispositivos capazes de aproveitar os movimentos gerados pela natureza para produzir eletricidade - são basicamente "lineares", ou seja, eles são bons em capturar movimentos ritmados e constantes.
Uma pessoa andando, por exemplo, é uma boa fonte de energia, mas, tão logo ela passe a caminhar mais devagar, ou sente-se para tomar um café, o dispositivo pára de funcionar e de gerar energia.
Geradores não-lineares
Agora, pesquisadores da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, deram um passo importante para a fabricação de geradores capazes de explorar movimentos de frequências variadas, entre os quais os movimentos do próprio ser humano e de várias vibrações presentes nos ambientes naturais.
"Usando ímãs para ajustar a amplitude de frequências nas quais nosso aparelho funciona, pudemos verificar em ambiente de laboratório que nossa abordagem não-linear supera largamente os geradores lineares," conta o pesquisador Samuel Stanton.
O dispositivo é extremamente simples, mas funciona bem o suficiente para provar que a teoria funciona.
O gerador não-linear consiste em um pequeno braço oscilante, com um ímã na extremidade e interage com outros ímãs ao redor. A base do braço é feita de materiais piezoelétricos, que possuem a característica de gerar eletricidade quando são comprimidos.
Alterando a distância dos dois ímãs externos, um abaixo e outro acima do ímã preso à ponta do braço oscilante, é possível ajustar as interações do sistema com as vibrações presentes no ambiente, produzindo eletricidade na base piezoelétrica a partir de um largo espectro de frequências.
Energia de muitas frequências
"Os resultados sugerem que essa abordagem não-linear pode capturar energia de mais frequências das vibrações presentes no ambiente," diz o professor Brian Mann, que coordenou a pesquisa. "Mais importante, sendo capaz de capturar um espectro maior de frequências, dispositivos desse tipo poderão um dia rivalizar com as baterias como fontes portáteis de energia."
As possibilidades de aplicação para o dispositivo, quando totalmente desenvolvido, são grandes e variadas.
Por exemplo, os pesquisadores já estão trabalhando em um conjunto de sensores capazes de avaliar a frequência das ondas para otimizar a geração de energia. Em conjunto com equipamentos eletrônicos de coleta de dados, geradores desse tipo poderão fornecer a energia necessária para o funcionamento de sensores de monitoramento ambiental.
Geração de energia autossustentável
"Esses sistemas não-lineares são autossustentáveis, o que os torna ideais para qualquer dispositivo elétrico portátil, que hoje usa baterias, ou que esteja em locais de difícil acesso," diz Mann.
Outro exemplo é o melhor aproveitamento dos movimentos do corpo humano, gerando eletricidade suficiente para alimentar equipamentos portáteis, como celulares e tocadores de MP3, e mesmo implantes, como marcapassos ou desfibriladores cardíacos.
Bibliografia:
Reversible hysteresis for broadband magnetopiezoelastic energy harvesting
Samuel C. Stanton, Clark C. McGehee, Brian P. Mann
Applied Physics Letters
Vol.: 95, 174103 (2009)
DOI: 10.1063/1.3253710
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