Der er energi i svingende træer

Forestil dig en skov af træer, svajer i brisen. Forestil dig nu, at du kunne fange den energi og bruge den til godt - sig for at forhindre den dødbringende sammenbrud af en bro.

Det er det, Ryan Harne, en forsker ved Ohio State University, forsøger at gøre. Nå, slags. Han har bygget små maskiner, der efterligner træernes strukturelle egenskaber, hvilket gør det muligt at optage energi mere effektivt og omdanne til elektricitet.

Hvad er en lille trægenerator god til? Forestil dig dette: Over hele verden er bygninger, broer og fly udstyret med sensorer til måling af vibrationer, hvilket signaliserer, om strukturen forværres og risikoen for sammenbrud.

"Disse har spredt sig efter en række store strukturelle katastrofer, som broer kollapser", fortæller Harne Inverse.

Individuelt bruger disse sensorer ikke meget energi, men sammen er deres strømforbrug ganske stort. I dag er de hovedsagelig afhængige af engangsbatterier, der er affaldsmæssige og skadelige for miljøet.

"Lyspæren var det, lad os prøve og teste sensorerne ved hjælp af de vibrationer, de faktisk overvåger," siger Harne. Det er et spørgsmål, som forskere har arbejdet på i omkring 25 år.

Og det er her træer kommer ind. Træer har virkelig interessante strukturelle egenskaber, som regulerer, hvordan de reagerer på blæsende forhold.

Det viser sig, at de udviser dette mærkelige fænomen kaldet intern resonans: Mindre grene på ydersiden af ​​træet svinger hurtigt i vinden, og denne energi overføres til længere periode oscillationer i større grene og i bagagerummet. På denne måde spredes energien, og træet kan modstå mere voldelige vindstød.

"Der er bare nogle rigtig gode beviser fra botanikere om, at træer bruger nogle virkelig bemærkelsesværdige fordeling af deres frekvenser, som de oscillerer på, og det hjælper med at konsolidere energien til dæmpning," siger Harne.

Han spekulerede på, om han kunne udnytte det samme princip til en anden ende - fange energi. Han byggede en simpel trælignende struktur fra stål: en seks tommer "trunk" med en enkelt tre tommer "gren" fastgjort i 90 graders vinkel. Strukturen var udstyret med en stribe elektromagnetisk materiale, som tjener til at omdanne den vibrationsenergiske energi til elektricitet.

Derefter fik han sit lille træ til en enhed, der rystede frem og tilbage i høj frekvens. Først syntes det ikke at gøre meget, selvom der var registreret nogle elektriske aktiviteter.

Men da han injicerede noget "støj" ind i systemet - en randomisering af vibrationsmønsteret som kunne efterligne vindstød eller et jordskælv - systemet nåede et tippested, og filialens højere frekvensoscillationer blev overført til en længere periode, og større amplitude oscillationer i stammen af ​​træet. Hvad der er pænt om det er, hvor meget mere effektivt disse vibrationer omdannes til elektricitet - systemet mere end fordoblet sin spændingsudgang, efter at den interne resonans blev udløst.

Forsøget beviser potentialet hos vibrationelle sensorer, der styrker sig selv. Men Harne siger det er svært at tromme interessen fra industrien i en verden, der er så knyttet til engangsteknologi.

"Hvornår ser jeg det kommer online? Vi ville sandsynligvis kræve en større efterspørgsel efter selvbærbarhed. Jeg er ikke sikker på, at det er så rigeligt krævet i vores samfund, "siger han.

Harne er ikke den eneste, der forsøger at kommercialisere vibrations potentiale. Et selskab har foreslået vindkraftgeneratorer, som oscillerer i stedet for at spinde, som en måde at reducere støj og skade på dyrelivet. Ocean bølgekraft, som potentielt kan generere en enorm mængde elektricitet, fungerer på samme principper.