Elettronica_Oggi

- ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015

TECH INSIGHT

IoT

catturabile, costo basso o ul-

tra basso, sicurezza per chi

indossa tali dispositivi o gli

sta vicino ed ecosostenibilità

ambientale dei materiali im-

piegati per fabbricarli. Non c’è

dubbio che tutte queste carat-

teristiche siano più vantaggio-

se nelle soluzioni di energy

harvesting rispetto a ogni altra

tecnologia di alimentazione ed

è perciò che rappresentano la

scelta preferita per gli oggetti

intelligenti di IoT.

L’energia che

c’è già, dovunque

Oggi nel mondo c’è parecchia

energia inutilmente disper-

sa dagli elettrodomestici, dai

mezzi pubblici di trasporto,

dagli eventi atmosferici, dalle

trasmissioni radio televisive

e persino dai movimenti dei

muscoli ma la potenza recu-

perabile può variare note-

volmente dai nanoWatt dei

sistemi a bassa energia fino

ai milliWatt degli ambienti più

energetici. Per recuperare il

calore basta una giunzione

a semiconduttore N-P, dove

è sufficiente mettere al cal-

do il morsetto P e al freddo il

morsetto N per far spostare

le cariche attraverso la giun-

zione e generare una corren-

te continua proporzionale al

dislivello termico. I generatori

termoelettrici possono servire

in casa, negli uffici e dentro

le automobili, oppure anche

all’aperto nelle latitudini equa-

toriali, laddove c’è una gran

quantità di calore disperso.

Per recuperare l’energia mec-

canica vibrazionale si usano i

trasduttori piezoelettrici, oggi

comunemente disponibili nel-

la forma MEMS, che hanno un

elemento dielettrico elastico

posto fra due elettrodi metalli-

ci, in modo tale da formare un

condensatore che al muoversi

del telaio genera una carica

tempovariante sugli elettrodi

e perciò una tensione ai mor-

setti. I generatori piezoelettrici

possono servire nelle applica-

zioni automotive, industriali,

dentro gli impianti di conver-

sione dell’energia e persino a

bordo dei tram.

Si può recuperare energia

anche dallo strofinio di quei

materiali che in funzione

dell’energia di legame degli

elettroni dei loro atomi su-

perficiali sono propensi a ce-

dere o ad acquisire elettroni.

L’effetto triboelettrico è stato

recentemente sperimentato

su sandwich di Kapton e PET

di pochi cm capaci di gene-

rare una decina di mW/cm

sufficienti per ricaricare una

batteria di piccole dimensioni,

per esempio, usando il movi-

mento delle scarpe oppure

delle gomme delle automobili

e, inoltre, attualmente si stan-

no sperimentando materiali

triboelettrici organici ottimi

per le applicazioni medicali

sottocutanee.

Le celle fotovoltaiche sono

ben note fin dall’annus mira-

bilis 1905, quando Einstein,

oltre alla teoria della relativi-

tà, scoprì l’effetto fotoelettrico

che gli valse il premio Nobel

del 1921. Oltre che nella forma

di pannelli solari oggi sono

disponibili anche in quadra-

tini di silicio di pochi mm dal

costo ultra basso e perciò

costituiscono senza dubbio

un’importante risorsa per

l’alimentazione degli oggetti

IoT che si troveranno negli

ambienti illuminati. Simili nel

principio sono i materiali fer-

roelettrici e ferromagnetici,

che si polarizzano in presenza

dei campi elettrici o magneti-

ci ma hanno lo svantaggio di

uno scarso rendimento, che

ne circoscrive l’uso solo ne-

gli ambienti industriali ad alta

energia.

Di basso rendimento sono

anche i magnetometri che

producono per effetto Hall

una tensione proporzionale

al campo geomagnetico terre-

stre, mentre più efficienti sem-

brano le microturbine MEMS

che sfruttano la pressione dei

fluidi in movimento, per gene-

rare persino una manciata di

Watt, purché si disponga di

condotti con almeno un cm di

diametro e di flussi liquidi o

gassosi abbastanza densi. Va

anche detto che per molte di

queste tecnologie c’è sempre

la possibilità di comporre i di-

spositivi in serie e/o in paral-

lelo per aumentare la tensione

e/o la corrente in uscita.

Sicuramente interessante è il

progetto

Solar-Jet

(Solar che-

mical reactor demonstration

and Optimization for Long-

term Availability of Renewable

JET fuel) promosso dall’U-

nione Europea per la ricerca

di una tecnica finalizzata a

convertire l’anidride carbo-

nica e l’acqua in carburante

usando la radiazione solare.

Data la grande quantità di

presente come rifiuto

nell’atmosfera, questa idea

consentirebbe di migliorare la

qualità dell’aria e contempo-

raneamente produrre a basso

costo, senza estrarre petrolio,

il syngas, ovverosia un car-

burante gassoso composto

da idrogeno e monossido di

carbonio facilmente trasfor-

mabile in cherosene, del tutto

uguale a quello usato nelle

turbine degli aerei di linea.

Questa promettente tecnologia

consente il recupero di un pe-

ricoloso inquinante chimico,

con un processo il cui princi-

pale prodotto di scarto è l’os-

sigeno nella forma molecolare

e ciò consente di produrre

carburante da immagazzinare

in serbatoi di grandi e piccole

dimensioni con cui si possono

evidentemente

alimentare

dei motori o delle pile a

combustibile e pertanto può

servire per le applicazioni IoT

più impegnative.

Fig. 3 – Il progetto europeo Solar-Jet consente di recuperare l’anidride

carbonica dall’atmosfera per produrre cherosene e ossigeno ripulendo

l’aria, senza bisogno di estrarre petrolio