即使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得越來越小，它們?nèi)匀恍枰嗟墓β?。但是這些智能設(shè)備中的大多數(shù)都太小了，無法容納電池，電源線可能會限制它們。這促使日本研究人員改進了現(xiàn)有的工具，該工具可以從周圍環(huán)境中收集機電能量。
他們的新能量收集器稱為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)。它可以利用機械振動和其他環(huán)境能量源，將其轉(zhuǎn)化為微電子設(shè)備的電能。
在東京工業(yè)大學(xué)的研究小組在對MEMS現(xiàn)有設(shè)計進一步提高。他們在能量收集系統(tǒng)上的創(chuàng)新性表現(xiàn)出與許多其他類型的電子設(shè)備(包括那些具有微型傳感器的電子設(shè)備)的更高兼容性。
標準的MEMS能量收集器借助內(nèi)置駐極體收集環(huán)境能量。駐極體是永磁體的電氣對等體，這是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布置而保持穩(wěn)定的電能。
除駐極體外，MEMS還具有可調(diào)諧電容器和可響應(yīng)環(huán)境力的移動電極。當環(huán)境力作用在電極上時，它會促使電容器的電荷開始四處移動。隨之而來的電荷移動產(chǎn)生了足夠的電能，以為越來越多的星際迷航般的智能設(shè)備供電。(相關(guān)：光與生命：“人造光”會影響人類健康和生產(chǎn)力嗎?)
將MEMS能量收集器分成單獨的芯片
為了使能量收集MEMS能夠按預(yù)期工作，其組件和駐極體必須兼容。如果產(chǎn)生駐極體的過程與其余能量收集器的生產(chǎn)方法發(fā)生沖突，則其效率將大大降低，因為駐極體的工作原理與MEMS電容器相反。
東京技術(shù)大學(xué)助理教授大根大輔提出了基于MEMS駐極體的能量收集器的創(chuàng)新設(shè)計。過去，所有MEMS器件都安裝在單個芯片中，這導(dǎo)致了設(shè)計上的限制。
Yamane將設(shè)備分為兩個芯片違反了慣例。一個芯片將包含MEMS可調(diào)電容器，而另一個芯片將由駐極體和介電材料組成另一個電容器。
他在一次采訪中說：“這使我們能夠在物理上首次分離MEMS結(jié)構(gòu)和駐極體。”
將MEMS組件和駐極體放在單獨的芯片上，他的團隊可以采用無關(guān)的生產(chǎn)工藝，從而提高了單個系統(tǒng)的效率。此外，兩個芯片之間的物理隔離防止了它們不同制造方式之間的破壞性沖突。
能量收集MEMS單元如何通過振動獲取電能
Tokyo Tech設(shè)計的駐極體電路顯示固定電容。相比之下，單獨的MEMS可調(diào)電容器具有對振動產(chǎn)生反應(yīng)的彈簧。每當彈簧拉伸時，都會改變所連接電容器的電容。彈簧一旦自身收縮，它將電容器恢復(fù)到正常狀態(tài)。
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