Un capteur sans pile s'alimente sans fil par rayonnement de circuit local

 Soudure d'un des capteurs de température à base de graphène alimentés par rayonnement ambiantRussell Cothren

Des chercheurs des universités d'Arizona et du Michigan ont annoncé la création d'un dispositif de récupération d'énergie à base de graphène qui utilise le rayonnement ambiant pour alimenter des capteurs de température à très faible consommation. Il s'agit du deuxième capteur conçu par cette équipe, dont l'objectif global est le développement de systèmes de capteurs autonomes capables de puiser leur énergie dans de multiples sources environnementales : énergie solaire, thermique, acoustique, cinétique, non linéaire et rayonnement ambiant.  

L'équipe avait précédemment fait état du développement réussi de cellules solaires à base de graphène pouvant alimenter des capteurs de température.  

L'équipe a défini trois exigences pour ces capteurs : ils doivent utiliser de l'énergie produite localement, avoir une longue durée de vie sans surveillance (potentiellement plusieurs décennies) et fonctionner à une puissance de l'ordre du nanowatt. Ces trois exigences sont satisfaites par le dernier capteur utilisant le rayonnement ambiant.  

MD Rezaul Kabir, candidat au doctorat du programme de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université de l'Alberta, était le premier auteur de l'article, mais les récupérateurs d'énergie en graphène sont l'invention du professeur de physique de l'Université de l'Alberta, Paul Thibado, qui a commencé à étudier les propriétés uniques du graphène il y a plus de dix ans et qui est l'auteur correspondant.  

Exploiter le rayonnement ambiant 

Thibado a constaté que le rayonnement ambiant est omniprésent dans la vie moderne, notamment celui émis par le câblage électrique de nos habitations (bien que l'agencement des câbles traversant les murs puisse être optimisé pour exploiter ce rayonnement résiduel). Les systèmes de capteurs de température développés par l'équipe de Thibado fonctionnent à la fréquence électrique standard de 60 Hz, couramment utilisée aux États-Unis.

Le capteur utilise une bobine d'induction en graphène pour capter l'énergie des champs magnétiques générés par ces lignes électriques. Le signal de la bobine est acheminé vers un circuit spécifique qui convertit le signal alternatif en signal continu, lequel charge les condensateurs du capteur.  

« L'inductance charge lentement ces condensateurs », explique Thibado, « mais plus rapidement que le capteur ne consomme leur charge. Ainsi, même en cas de coupure de courant, il peut continuer à puiser de la charge dans les condensateurs. Avec notre configuration, l'autonomie est facilement de 24 heures, voire une semaine. » 

Alors que le groupe de recherche de Thibado travaille sur des capteurs de température comme preuve de concept, Thibado imagine un large éventail d'utilisations pour des capteurs longue durée et basse consommation, comme le suivi de produits, la surveillance atmosphérique, la gestion de flottes logistiques, la surveillance des sols et de la forme physique des objets connectés, et le suivi médical, pour ne citer que quelques créneaux où il entrevoit des opportunités commerciales.  

Le groupe Thibado : L'équipe des capteurs de graphène, de gauche à droite : Syed Maksudur Rahman, Tamzeed Bani Amin, Paul Thibado, Ashaduzzaman, MD Rezaul Kabir et Jim Mangum. (Russell Cothren)

Comme les capteurs ne nécessitent pas de piles, vous pouvez « les installer et les oublier », comme l'explique Thibado, ce qui réduit les coûts, les efforts et les déchets liés au remplacement des piles usagées.  

L'objectif final est le développement de capteurs multimodaux (utilisant plusieurs des sources d'énergie mentionnées ci-dessus) exploitant la capacité de récupération d'énergie du graphène, capables de fonctionner pendant des décennies et de contribuer à la réalisation de l'Internet des objets, où la technologie intelligente est littéralement intégrée au tissu de notre vie quotidienne.

Ainsi, un capteur peut récupérer l'énergie du rayonnement ambiant et des mouvements cinétiques, fournissant une source d'alimentation de secours en cas d'interruption de l'une de ces sources (comme une panne de courant). 

https://news.uark.edu/articles/83120/ambient-radiation-used-to-power-battery-free-temperature-sensor