Folha artificial extrai energia do vento e das gotas de chuva

Este artigo faz parte de nossa série exclusiva IEEE Journal Watch em parceria com IEEE Xplore.

Quando se trata de extrair energia da água ou do vento, o primeiro pensamento que vem à mente é provavelmente uma enorme hidrelétrica ou parque eólico. Mas pense menor.

Pesquisadores na Itália desenvolveram um sistema de coleta de energia que pode ser incorporado às plantas e gerar eletricidade a partir de gotas de chuva ou do vento. Em condições de chuva ou vento, o dispositivo pode criar eletricidade suficiente para acender luzes LED e alimentar-se. O novo dispositivo é descrito em um estudo publicado em 28 de fevereiro na IEEE Robotics and Automation Letters.

Fabian Meder é pesquisador que estuda robótica leve bioinspirada no Instituto Italiano de Tecnologia (IIT), em Gênova, Itália. Ele observa que um sistema baseado em folhas para produzir energia poderia ser especialmente útil para aplicações agrícolas e monitoramento ambiental remoto, onde são necessários sensores autoalimentados para observar a saúde das plantas ou monitorar as condições climáticas.

O dispositivo criado por Meder e seus colegas envolve uma folha artificial que possui uma camada de elastômero de silicone na parte inferior e é adicionada entre as folhas de uma planta real. “Quando as [folhas] se movem com o vento, as duas superfícies se tocam e se separam novamente, criando cargas estáticas na cutícula da folha da planta e em nosso dispositivo”, explica Meder. “Essas cargas são induzidas no tecido celular interno da planta, onde criam uma corrente. Podemos colher essa corrente por meio de um eletrodo inserido no tecido da planta.”

Vários coletores de energia existentes incorporados em plantas utilizam uma técnica semelhante para criar eletricidade a partir do vento, mas este grupo de investigação levou o seu trabalho um passo mais longe, permitindo que o seu dispositivo também recolhesse energia a partir de gotas de chuva.

Enquanto a camada de elastômero de silicone fica ao longo da parte inferior da folha artificial para gerar e coletar cargas estáticas do farfalhar das folhas, a folha artificial tem uma camada diferente de etileno propileno fluorado (FEP) em sua parte superior. Quando as gotas de chuva caem sobre esta camada superior, elas carregam a superfície e conectam os eletrodos embutidos dentro e no topo da folha artificial, criando um capacitor. À medida que as gotas de chuva encolhem e se espalham pela superfície da folha, o acoplamento capacitivo entre os eletrodos muda, produzindo uma corrente.

Folha artificial cria eletricidade a partir de gotas de chuva e windyoutu.be

No seu estudo, os investigadores incorporaram o seu sistema de folhas artificiais nas folhas de uma planta viva de oleandro e avaliaram a sua capacidade de colher energia com quantidades variáveis ​​de chuva e vento. Eles descobriram que gotas únicas de água criam picos de tensão e corrente de mais de 40 volts e 15 microamperes e podem alimentar diretamente 11 luzes LED.

“Os resultados revelaram que a coleta de energia do vento e da chuva é possível com o dispositivo – separadamente ou simultaneamente – tornando-o um coletor de energia multifuncional ou um sensor autoalimentado”, diz Barbara Mazzolai, diretora associada de robótica e diretora do Bioinspired Soft Robotics do IIT. Laboratório, que também esteve envolvido no estudo.

Ela observa que os sistemas existentes de captação de energia como este, que dependem apenas da energia eólica, tendem a produzir menos eletricidade quando suas superfícies ficam molhadas. Os investigadores relatam, no entanto, que o seu novo dispositivo pode realmente criar mais eletricidade em condições húmidas, através da sua camada superior de FEP para recolher energia das gotas de chuva.

Com base nos resultados deste estudo, os pesquisadores acreditam que o desempenho de sua folha artificial pode provavelmente ser melhorado através de modificações no design – como nos formatos dos eletrodos e nos materiais, por exemplo.

“Entramos com um pedido de patente da tecnologia e estamos analisando os mercados potenciais”, diz Mazzolai. “Ainda assim, é necessária alguma pesquisa antes de definir o produto final – por exemplo, queremos testar os sistemas em detalhe ao ar livre e em condições de vento e chuva fortemente variáveis.”