歩行者からエネルギーを収集することで、スマート インフラストラクチャのセンサーに電力を供給し、構造の健全性を監視し、環境センシング データを提供することができます。エナジー ハーベスティング タイルは、スポーツ アリーナ、空港、駅、ショッピング モール、オフィス、集合住宅など、交通量の多い歩行者専用道路やエリアでの潜在的な用途があります。
ただし、環境発電タイルに関する現在の研究のほとんどは、マイクロワットまたはナノワットレベルに焦点を当てています。最先端の電磁エネルギー ハーベスティング タイルは、エネルギー ハーベスティング効率が低くなります。また、天板の上下方向の動きが大きすぎて、歩く人に不快感を与える可能性があります。既存のエネルギー ハーベスティング タイルを大幅に改善して、効率を高め、電力出力を高め、構造をよりコンパクトにして実用化することができます。
バージニア工科大学の研究者は、足のストライキから運動エネルギーを効率的に収集できる、新しいエネルギー収集タイルを思い付きました。エネルギーハーベスティングタイルは、通常のタイルと同じように地面に舗装できるように薄く（5cm）設計されています。足踏み時の天板の変位変化が発電機の回転運動に伝わり、運動エネルギーが取り出されます。ワンウェイ クラッチやフライホイールなどの新しいデザインがエネルギー ハーベスティング タイルに組み込まれ、フット ストライクごとに収集されるエネルギー量が増加します。
モデリングとパラメータ調整により、最適な出力と高効率が達成されます。天板の動きは人間の歩行への干渉を最小限に抑えるために6mmに設計されています。タイルの天板の下にあるスプリングは、足が当たった後、天板を元の位置に押し戻します。このような多数のタイルを拡大して、道路やエリアを形成できます。
実験結果によると、典型的な人間の歩行中、エネルギー ハーベスティング タイルは、平均電力 3.6 W、ピーク電力 12 W、1 歩あたりの平均エネルギー出力 1.8 J を生成できることが示されています。この環境発電タイルは、既存の環境発電タイルに比べてはるかに効率が高くなります。タイルの数が増えて道路になり、タイル上の個人の数が増えると、得られるエネルギーが増えます。エネルギーの貯蔵と管理を通じて、センサーへの電力供給、携帯電話の充電、さらには街灯への電力供給など、多くの用途にエネルギーを使用できます。
エナジー ハーベスティング タイル自体をセンサーとして構成し、歩行者情報を収集して「スマート キャンパス」の一部にすることができます。夕方には、環境発電タイルを拡大した道路から感知された活動に基づいてライトをオン/オフできます。エナジー ハーベスティング ペーバーは、バージニア工科大学の ICAT デーで既に展示され、公開テストが行われています。環境発電タイルは防水設計で、数回のテストに耐えました。研究チームは、研究を完了し、キャンパスに設置する準備を整えるために、一般からの寄付も受け取りました。現在、バージニア工科大学のドリルフィールドに設置する計画が進行中です。
これらの調査結果は、ジャーナル Applied Energy に最近掲載された、新しい高効率エネルギー ハーベスティング ペーバーの設計、シミュレーション、および実験というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、Mingyi Liu、Rui Lin、Shengxi Zhou、Yilun Yu、Aki Ishida、Margarita McGrath、Brook Kennedy、Muhammad Hajj、およびバージニア工科大学の Lei Zuo によって実施されました。
