2011-09-07 11:16:33 来源: 新浪科技 责编:楷维留学指南
有关这一研究的论文已经发表于最近一期《细观力学与微工程杂志》,这标志着科学家首次开始尝试采用非共振装置技术从活体昆虫身上收集电能。在此之前科学家们再昆虫身上收集电能的尝试包括使用温差电偶来借助昆虫的体温发电,以及使用磁谐振装置来收集因昆虫身体颤动产生的电能。除此之外太阳能也是一个备选能源方案,不过这样做的话其应用便会被限制在阳光明媚的室外。由于先前的尝试中发现,不同昆虫个体在飞行中拍动翅膀的频率存在很大的差异,甚至同一只昆虫在不同情况下拍动翅膀的频率也有很大不同,因此科学家们得出结论,必须使用非共振装置设计,这样才能收集到尽可能多的电能。
现在,科学家们开始尝试在昆虫的胸廓和翅鞘位置安装压电悬臂梁和压电扭转梁机构。这种装置可以在85-105 Hz的频率下工作,这正是科学家们用作实验的绿甲虫的翅膀扇动频率变化范围。压电扭转梁机构显示最高发电量接近45 µW,而压电悬臂梁的发电量大致仅为其一半或更少。测试显示,发电装置的安装位置距离昆虫的飞行肌越近,昆虫扇动翅膀产生的机械能转化为电能的效率便越高,因为飞行肌正是昆虫扇翅震动的来源。在采用一个更大些的压电装置之后,研究人员得到了最佳115 µW的发电量。
阿克塔卡说:“现成的设备帮助我们得以进行实际测试,并可以在同种昆虫的不同个体上进行比较测试。这些装置的重量远低于之前使用的共振发电装置。现在,不管昆虫扇动翅膀的频率如何改变,周遭的环境,如光照或温度如何变化,我们总能得到较高水平的发电量,”
研究人员们指出,这种“僵尸”昆虫飞行器将具备和微型机械飞行器同样的功能,包括执行搜索和营救任务,灾害环境侦察监视以及爆炸物侦测等等。
阿克塔卡说:“目前,我们正在努力开发一种新的微安装技术,它将让我们得以将压电陶瓷整合进传统的半导体加工技术中去。和传统的薄膜沉积工艺相比,这一新技术将极大地提升微型震动能的采集效率。同时我们也正在继续跟进电源再充电或超级电容技术的开发。”这项技术的研制工作得到了美国国防部先进项目研究计划局(DARPA)的资助。(晨风)
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