Un sensor sin baterías que funciona con energía ambiental

Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han desarrollado un sensor autoalimentado y sin batería que puede recolectar energía magnética de su entorno.

Debido a que no requiere batería que deba recargarse o reemplazarse, y debido a que no requiere cableado especial, dicho sensor podría incrustarse en un lugar de difícil acceso, como dentro del funcionamiento interno del motor de un barco. Allí, podría recopilar automáticamente datos sobre el consumo de energía y las operaciones de la máquina durante largos períodos de tiempo.

Los investigadores --cuyo trabajo se publica en IEEE Sensors Journal-- construyeron un dispositivo sensor de temperatura que recolecta energía del campo magnético generado al aire libre alrededor de un cable. Se podría simplemente enganchar el sensor alrededor de un cable que transporta electricidad (tal vez el cable que alimenta un motor) y automáticamente recolectará y almacenará energía que utilizará para monitorear la temperatura del motor.

"Esta es energía ambiental, energía para la que no tengo que hacer una conexión soldada específica. Y eso hace que este sensor sea muy fácil de instalar", dice en un comunicado Steve Leeb, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS) y profesor de ingeniería mecánica, miembro del Laboratorio de Investigación de Electrónica y autor principal del estudio.

Los investigadores tuvieron que afrontar tres desafíos clave para desarrollar un sensor de recolección de energía eficaz y sin batería.

Primero, el sistema debe poder arrancar en frío, lo que significa que puede encender sus componentes electrónicos sin voltaje inicial. Lo lograron con una red de circuitos integrados y transistores que permiten que el sistema almacene energía hasta que alcance un cierto umbral. El sistema solo se encenderá una vez que haya almacenado suficiente energía para funcionar completamente.

En segundo lugar, el sistema debe almacenar y convertir la energía que recolecta de manera eficiente y sin batería. Si bien los investigadores podrían haber incluido una batería, eso agregaría complejidades adicionales al sistema y podría representar un riesgo de incendio.

Para evitar el uso de batería, incorporan un almacenamiento de energía interno que puede incluir una serie de condensadores. Más simple que una batería, un capacitor almacena energía en el campo eléctrico entre placas conductoras. Los condensadores se pueden fabricar a partir de una variedad de materiales y sus capacidades se pueden adaptar a una variedad de condiciones operativas, requisitos de seguridad y espacio disponible.

El equipo diseñó cuidadosamente los condensadores para que fueran lo suficientemente grandes como para almacenar la energía que el dispositivo necesita para encenderse y comenzar a recolectar energía, pero lo suficientemente pequeños como para que la fase de carga no demore demasiado.

Además, dado que un sensor puede pasar semanas o incluso meses antes de encenderse para realizar una medición, se aseguraron de que los condensadores puedan retener suficiente energía incluso si algo se escapa con el tiempo.

Finalmente, desarrollaron una serie de algoritmos de control que miden y presupuestan dinámicamente la energía recolectada, almacenada y utilizada por el dispositivo. Un microcontrolador, el "cerebro" de la interfaz de gestión de energía, comprueba constantemente cuánta energía se almacena e infiere si se debe encender o apagar el sensor, tomar una medición o poner la cosechadora en una marcha más alta para que pueda recolectar más energía para necesidades de detección más complejas.?