SCOPERTA/ Dagli Usa il modo per trasformare il movimento in elettricità

- La Redazione

Brian Mann, Samuel Stanton e Clark McGehee hanno collaudato un nuovo sistema nel loro laboratorio e hanno pubblicato i risultati sulla rivista Applied Physics Letters. MICHELE ORIOLI ci spiega di che cosa si tratta

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In natura tutto è movimento: lo dicevano già gli antichi filosofi greci, ma i più pragmatici ingegneri americani cercano di trarre tutti i possibili vantaggi da simili considerazioni sulla mobilità dei fenomeni naturali. Così un gruppo di ricercatori del dipartimento di ingegneria meccanica della Duke University, nel North Carolina, ha messo a punto un sistema per produrre energia elettrica sfruttando i movimenti, anche piccoli, che ci si presentano nella vita di tutti i giorni.

Che l’energia si presenti in tante forme è ben noto, come pure è abbastanza chiaro che è possibile produrla in una forma utile come quella elettrica convertendo quella che si manifesta ovunque ci sia un movimento regolare e “catturabile”: basta pensare alla fortuna che stanno avendo i generatori eolici, che ormai si vedono spuntare anche nei posti più impensati. In quel caso però si tratta di grandi masse in movimento, come quelle dei venti, e di generatori di una certa potenza. Gli ingegneri della Duke giocano invece su un’altra scala, più a portata di mano: quella di tutto il ribollire di moti nei quali siamo immersi e che spesso neppure notiamo.

L’obiettivo è evidente: alimentare dispositivi elettrici collocati in posizioni di difficile accesso risparmiando la fatica e il costo della sostituzione delle batterie. Si pensi alle apparecchiature medicali impiantate nel corpo umano, come i pacemaker o i defibrillatori cardiaci, per alimentare i quali potrebbe essere sufficiente l’energia prodotta dalla camminata dello stesso paziente; oppure, a un altro livello, si pensi ai vantaggi di far funzionare la miriade di sensori necessari al monitoraggio ambientale, sfruttando le innumerevoli vibrazioni meccaniche presenti in tutti gli ecosistemi.

Il problema è che la natura è molto fantasiosa e sovrabbondante e quindi anche queste oscillazioni spontanee avvengono con una gran varietà di frequenze. Invece i dispositivi finora impiegati per convertire l’energia delle oscillazioni in elettricità funzionano bene solo in presenza piccole bande di frequenza, cioè di fenomeni lineari come potrebbe essere un movimento molto ritmato e perfettamente regolare: anche la camminata del più metodico e posato montanaro non è del tutto “lineare”. Servirebbe quindi un congegno in grado di trasformare in elettricità una vasta gamma di vibrazioni, di frequenze diverse e variabili.

La soluzione sembra essere stata trovata dal team guidato da Brian Mann e comprendente anche Samuel Stanton e Clark McGehee che hanno collaudato il nuovo sistema nel loro laboratorio e hanno pubblicato i risultati sulla rivista Applied Physics Letters. Lo stratagemma sta nel far convergere tra ambiti diversi: magnetismo, elettricità e meccanica. L’abbinamento di questi ultimi due dà origine al fenomeno della piezoelettricità, termine un po’ ostico ma che spiega il funzionamento di oggetti di uso corrente come un accendigas: si tratta di sottoporre particolari materiali cristallini a deformazioni meccaniche per indurli a generare elettricità; un processo scoperto 130 anni fa da Pierre Curie e ampiamente utilizzato in molti campi. Il magnetismo interviene come “sintonizzatore”: in pratica, si parte da un piccolo bilanciere di materiale piezoelettrico, lungo alcuni centimetri e largo qualche millimetro, con a un’estremità un piccolo magnete; ai suoi lati vengono posti altri due magneti mobili, con polarità opposte che interagiscono col bilanciere in modo non-lineare. Spostando leggermente i due magneti si sintonizza il bilanciere in modo da fargli apprezzare le più piccole variazioni nell’ambiente circostante e quindi da indurlo a produrre elettricità su un ampio spettro di frequenze. L’esito quindi è di potenziare le prestazioni di dispositivi che di per sé avrebbero un comportamento lineare rendendoli non lineari e sensibili anche a piccole variazioni di frequenza.

A questo punto anche la fantasia dei progettisti si può sbizzarrire e c’è già chi immagina energia prodotta dai tic nervosi o dalle gocce dei rubinetti che perdono. Più realisticamente, lo stesso capogruppo Mann sta perfezionando dei sensori sensibili alle onde marine e non vede l’ora di poterle piazzare sulle boe al largo degli Oceani.

 

(Michele Orioli)





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