Les ingénieurs exploitent les bonnes vibrations pour propulser l’Internet des objets


Dans un monde avide d’énergie propre, les ingénieurs ont créé un nouveau matériau qui convertit les simples vibrations mécaniques qui nous entourent en électricité pour alimenter les capteurs dans tout, des stimulateurs cardiaques aux engins spatiaux.

Premier du genre et fruit d’une décennie de travail par des chercheurs de l’Université de Waterloo et de l’Université de Toronto, le nouveau système de production est compact, fiable, peu coûteux et très, très vert.

« Notre percée aura un impact social et économique important en réduisant notre dépendance à l’égard des sources d’énergie non renouvelables », a déclaré Asif Khan, chercheur à Waterloo et coauteur d’une nouvelle étude sur le projet. « Nous avons besoin de ces matériaux générateurs d’énergie de manière plus critique en ce moment qu’à tout autre moment de l’histoire. »

Le système développé par Khan et ses collègues est basé sur l’effet piézoélectrique, qui génère un courant électrique en appliquant une pression – les vibrations mécaniques en sont un exemple – à une substance appropriée.

L’effet a été découvert en 1880, et depuis lors, un nombre limité de matériaux piézoélectriques, tels que le quartz et les sels de Rochelle, ont été utilisés dans des technologies allant du sonar et de l’imagerie ultrasonique aux appareils à micro-ondes.

Le problème est que jusqu’à présent, les matériaux piézoélectriques traditionnels utilisés dans les appareils commerciaux avaient une capacité limitée à générer de l’électricité. Ils utilisent aussi souvent du plomb, que Khan décrit comme « préjudiciable à l’environnement et à la santé humaine ».

Les chercheurs ont résolu les deux problèmes.

Ils ont commencé par cultiver un grand monocristal d’un composé moléculaire d’halogénure métallique appelé chlorure de cuivre edabco en utilisant l’effet Jahn-Teller, un concept chimique bien connu lié à la distorsion géométrique spontanée d’un champ cristallin.

Khan a déclaré qu’un matériau hautement piézoélectrique a ensuite été utilisé pour fabriquer des nanogénérateurs « avec une densité de puissance record qui peut récolter de minuscules vibrations mécaniques dans toutes les circonstances dynamiques, du mouvement humain aux véhicules automobiles » dans un processus ne nécessitant ni plomb ni énergie non renouvelable.

Le nanogénérateur est minuscule – 2,5 centimètres carrés et environ l’épaisseur d’une carte de visite – et pourrait être utilisé de manière pratique dans d’innombrables situations. Il a le potentiel d’alimenter des capteurs dans une vaste gamme d’appareils électroniques, y compris les milliards nécessaires à l’Internet des objets – le réseau mondial en plein essor d’objets intégrés avec des capteurs et des logiciels qui se connectent et échangent des données avec d’autres appareils.

Le Dr Dayan Ban, chercheur au Waterloo Institute for Nanotechnology, a déclaré qu’à l’avenir, les vibrations d’un avion pourraient alimenter ses systèmes de surveillance sensorielle, ou le rythme cardiaque d’une personne pourrait faire fonctionner son stimulateur cardiaque sans pile.

« Notre nouveau matériau a montré des performances record », a déclaré Ban, professeur de génie électrique et informatique. « Cela représente une nouvelle voie à suivre dans ce domaine. »

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