Marianne Vincken
Onderzoekers van Holst Centre, een initiatief van Imec (B) en TNO (NL), maken een geïntegreerde autonome temperatuursensor die de benodigde energie uit trillingen in de omgeving haalt. Bijvoorbeeld voor een batterijloze druksensor in autobanden.
‘Sensoren die draadloos informatie doorsturen naar een centrale regelaar, wil je niet via draden van energie voorzien. Als ze op batterijen werken, moet je die vervangen. Mooier is het om zo’n sensor te voorzien van een zogeheten energy harvester, een energie-oogster, die zelf de benodigde energie uit de omgeving haalt’, vertelt ing. René Elfrink, onderzoeker bij de Micropower-groep van het Holst Centre in Eindhoven. Zo’n energie-oogster kan bestaan uit een massaveersysteem dat trillingen uit de omgeving oppikt. De dimensies van het systeem zijn zo gekozen dat het systeem resoneert bij de trillingsfrequenties die voorhanden zijn. Een laagje piëzomateriaal op de veer zet de stress in het materiaal om in elektrische energie voor aansturing en uitlezing van een sensor.
‘Het idee is dat zo’n autonome sensor zo klein is dat je hem op allerlei trillende apparaten kunt bevestigen’, vult Dr. Rob van Schaijk, programmamanager Micropower, aan. ‘Zulke systemen bestaan maar zijn nog relatief groot en duur en worden één voor één gemaakt. Ons systeem wordt in een stabiel halfgeleiderproces gemaakt wordt en kan dus kleiner en goedkoper zijn.’
Als piëzomateriaal gebruiken de Holst-onderzoekers aluminiumnitride, dat in tegenstelling tot het meer gangbare loodzirconiumtitanium (PZT) goed verwerkbaar is in een halfgeleiderproces. In december berichtten ze over een record output van 85 W, maar dat is inmiddels overtroffen door de luchtdemping te elimineren door het geheel vacuüm in een glazen doosje in te pakken. Bijzonder is verder dat de energie-oogster met de sensor gecombineerd is in één geïntegreerd systeem dat bovendien geoptimaliseerd is voor energieverbruik. Na een minuut energie geoogst te hebben is het systeem gebruiksklaar en stuurt het bijvoorbeeld vervolgens elke vijftien seconden een meting door.
In het demonstratiemodel gebruikten de onderzoekers een temperatuursensor, maar ze verwachten vooral veel van druksensoren in autobanden. In duurdere auto’s zitten nu al druksensoren met batterijen in het ventiel, maar een autonoom onderhoudsvrij systeem van een paar dollar moet bredere toepassing mogelijk maken. Of en wanneer het systeem op de markt komt, is afhankelijk van de industriële bedrijven die samen met het Holst Centre de breed inzetbare technologie verder ontwikkelen.
De druksensor werkt zonder batterijen; energie komt uit trillingen
