بررسي تجربي برداشت انرژي از راه رفتن انسان

An Experimental Investigation of Power Scavenging from Human Walking

برداشت انرژي يا مهار انرژي، فرايند استخراج انواع انرژي محيط پيرامون، از طريق روشهاي مختلف است. عدم نياز به تعويض باتري‌هاي فرسوده، كاهش هزينه‌هاي تعمير و نگهداري ناشي از بررسي و جايگزيني باتري‌ها براي شبكه‌هاي بي‌سيم و استفاده از ابزارهاي پزشكي قابل نصب در داخل بدن از دلايل مهم استفاده از برداشت‌كننده‌هاي انرژي مي‌باشند. مواد پيزوالكتريك دسته‌اي از مواد هوشمند مي‌باشند كه كرنش مكانيكي را به ولتاژ الكتريكي تبديل مي‌كنند و چگالي توان توليدي بيشتري در مقايسه با ساير روشهاي مهار انرژي دارند. بنابراين اين مواد از گزينه‌هاي اصلي در برداشت انرژي از ارتعاشات و حركات مكانيكي پيرامون به شمار مي آيند. جهت برداشت انرژي و ذخيره سازي، پاشنه‌هاي كفش و يا كتاني منابع مناسبي از تنش مكانيكي، تغيير شكل و ارتعاش در زمان راه رفتن انسان مي‌باشند. هدف از اين مقاله بررسي امكان استفاده از مواد پيزو الكتريك در كفش به عنوان يك منبع انرژي جهت شارژ باتري مي‌باشد. به منظور امكان‌سنجي انجام كار، شبيه‌سازي اجزاء محدود مدل انجام شد و در ادامه نمونه آزمايشگاهي ساخته و مطالعه تجربي بر روي آن انجام گرفت. نتايج حاصل از تست‌ها نشان مي‌دهد كه استفاده از مبدل پيزوسراميك جهت برداشت انرژي از نيروي فشاري حاصل از پا در راه رفتن، تواني در حدود mW 55 را در بيشترين حالت ممكن ايجاد مي‌كند. در صورتي كه اين توان جهت شارژ يك باتري قلمي قابل شارژ با ولتاژ 2/1 ولت و جريان 900 ميلي آمپر به كار گرفته شود، به 19 ساعت زمان نياز است.

Energy harvesting or energy scavenging is the process of extracting energy of the surrounding environment, through various methods. No need to replace worn-out batteries and reducing maintenance costs and the use of medical devices within the body, are the important reasons for using energy harvesters. Piezoelectric materials are a class of smart materials that convert mechanical strain into electrical voltage and produce higher power density compared with other materials. Thus piezoelectric materials, are the main options in energy harvesting from vibration and mechanical movements. For energy harvesting and storage, shoe heels are suitable sources of mechanical stress, deformation and vibration during human walking. The purpose of this paper is to examine the possibility of using piezoelectric materials in footwear as a power source for charging the battery. The results of the tests, show that the use of piezo-ceramic converter for energy harvesting from the pressure of feet walking, can produce maximum power of 55mW. It will takes 19 hours to charge a rechargeable battery with a voltage of 2.1 volts and a current of 900 mA.