Det er energi i svingende trær

Tenk deg en skog av trær, sva i brisen. Forestill deg nå at du kunne fange den energien og bruke den til godt - si, for å forhindre den dødelige sammenbruddet av en bro.

Det er det Ryan Harne, en forsker ved Ohio State University, prøver å gjøre. Vel, slags. Han har bygget små maskiner som etterligner trærens strukturelle egenskaper, noe som gjør at energi kan fanges mer effektivt og omdannes til elektrisitet.

Hva er en liten tregenerator bra for? Forestill deg dette: Over hele verden er bygninger, broer og fly utstyrt med sensorer for å måle vibrasjoner, noe som signaliserer om strukturen er forverret og i fare for sammenbrudd.

"Disse har vært proliferating etter en rekke store strukturelle katastrofer, som broer kollapser," Harne forteller Omvendt.

Individuelt bruker disse sensorerne ikke mye energi, men sammen er strømforbruket ganske stort. I dag er de hovedsakelig avhengige av engangsbatterier, som er søppelfulle og skadelige for miljøet.

"Lyspæren var det, hei, la oss prøve å kople sensorene ved hjelp av vibrasjonene som de faktisk overvåker," sier Harne. Det er et spørsmål som forskere har jobbet med i rundt 25 år.

Og det er der trær kommer inn. Trær har virkelig interessante strukturelle egenskaper som regulerer hvordan de reagerer på vindfulle forhold.

Det viser seg at de viser dette rare fenomenet kalt intern resonans: Mindre grener på utsiden av treet oscillerer raskt i vinden, og denne energien overføres til lengre periode oscillasjoner i større grener og i kofferten. På denne måten blir energien spredt og treet tåler mer voldsomme vindkast.

"Det er bare noen veldig gode bevis fra botanikere at trær bruker noen virkelig bemerkelsesverdig fordeling av frekvensene som de oscillerer på, og det bidrar til å konsolidere energien for demping," sier Harne.

Han lurte på om han kunne utnytte det samme prinsippet mot en annen ende - fange energi. Han bygget en enkel trelignende struktur fra stål: en seks-tommers "trunk" med en enkelt tre-tommers "gren" festet i 90 graders vinkel. Strukturen var utstyrt med en strimmel av elektromagnetisk materiale, som tjener til å omforme den vibrasjonelle energien til elektrisitet.

Deretter festet han sitt lille tre til en enhet som ristet frem og tilbake med høy frekvens. Først syntes det ikke å gjøre mye, selv om noen elektrisk aktivitet var registrert.

Men da han injiserte noe "støy" inn i systemet - en randomisering av vibrasjonsmønsteret som kunne etterligne vindstød eller et jordskjelv - systemet nådde et tipppunkt og de høyere frekvensoscillasjoner av grenen ble overført til en lengre periode, og større amplitude oscillasjoner i stammen av treet. Det som er pent om det er hvor mye mer effektivt disse vibrasjonene konverteres til elektrisitet - systemet mer enn doblet spenningsutgangen etter at den interne resonansen ble utløst.

Forsøket viser potensialet for vibrasjonssensorer som driver seg selv. Men Harne sier det er vanskelig å tromme opp interesse fra industrien i en verden som er så knyttet til engangsteknologi.

"Når ser jeg det kommer på nettet? Vi vil sannsynligvis kreve en større etterspørsel etter selvbærbarhet. Jeg er ikke sikker på at det er så stort krevd i vårt samfunn, sier han.

Harne er ikke den eneste som prøver å kommersialisere vibrasjonspotensialet. Et selskap har foreslått vindkraftgeneratorer som svinger i stedet for å spinne, som en måte å redusere støy og skade på dyrelivet. Ocean wave power, som potensielt kan generere en enorm mengde elektrisitet, fungerer på samme prinsipper.