MC-TENG: Zelf-gevoede alarmsysteem voor continue bosbrand- en milieu monitoring

Een nieuw apparaat bekend als MC-TENG — kort voor multilayered cylindrical triboelectric nanogenerator — genereert elektriciteit door energie te oogsten uit de sporadische beweging van de boomtakken waar het aan hangt. Het zelf-gevoede sensornetwerk kan continu de brand- en omgevingscondities monitoren zonder onderhoud na implementatie te vereisen.

Traditionele bosbranddetectiemethoden omvatten satellietmonitoring, grondpatrouilles, waaktorens, en anderen die hoge arbeids- en financiële kosten hebben in ruil voor lage efficiëntie. Huidige remote sensortechnologieën worden meer gangbaar maar vertrouwen primair op batterijtechnologie voor stroom.

Hoewel zonnecellen breed gebruikt zijn voor draagbare elektronica of zelf-gevoede systemen, is het uitdagend om deze in een bos te installeren vanwege de beschaduwing of bedekking door ulte loof.

TENG technologie converteert externe mechanische energie — zoals de beweging van een boomtak — in elektriciteit via het triboelectric effect, een fenomeen waar bepaalde materialen elektrisch geladen worden na scheiding van een tweede materiaal waarmee ze eerder in contact waren.

De simpelste versie van het TENG apparaat bestaat uit twee cylindrische mouwen van uniek materiaal die in elkaar passen. De kernmouw is van boven geankerd terwijl de onderste mouw vrij is om omhoog en omlaag te glijden en van kant naar kant te bewegen, alleen begrensd door een elastische verbindingsband of veer. Naarmate de twee mouwen out-of-sync bewegen, genereert de intermittente verlies van contact elektriciteit. De MC-TENG zijn uitgerust met diverse hiërarchische triboelectric lagen, wat de elektrische output verhoogt.

De MC-TENG slaat zijn sporadisch gegenereerde elektrische stroom op in een koolstof-nanobuizen-gebaseerde micro supercondensator. De onderzoekers gekozen voor deze technologie vanwege de snelle laad- en ontlaadtijden, wat het apparaat in staat stelt om adequaat op te laden met alleen korte maar sustained windvlagen. Bij een zeer lage trillingsfrequentie kan de MC-TENG efficiënt elektriciteit genereren om de bevestigde supercondensator in minder dan drie minuten op te laden.

De onderzoekers voorzagen het initiële prototype van zowel koolstofmonoxide als temperatuursensoren. De toevoeging van een temperatuursensor was bedoeld om de waarschijnlijkheid van een false positive koolstofdioxide meting te reduceren.

Het team zal een productieapparaat veldtesten om bosomgevingscondities en testscenario's te monitoren, gebruikmakend van materialen die een echte brand nabootsen.

Ze streven er ook naar om additionele functionaliteit toe te voegen, waardoor het apparaat aangepast kan worden aan de weers- en omgevingscondities waar het geïmplementeerd wordt.