Elettronica_Oggi_447

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ENERGY HARVESTING
63 - ELETTRONICA OGGI 447 - luglio/agosto 2015
l’altra, ottenute grazie all’estrema
risoluzione, nell’ordine dei µm, of-
ferta dai tool di disegno delle mo-
derne tecniche di fotolitografia. In
questo modo si formano delle bar-
rette orizzontali o verticali di sili-
cio, che vengono separate fra loro
man mano che si sovrappongono
con un particolare ossido, che vie-
ne poi facilmente rimosso lascian-
do la struttura di silicio variamente
articolata e libera di manifestare le
proprietà elettriche e meccaniche
per cui è progettata.
Con questo procedimento si pos-
sono realizzare due barrette piatte
di silicio che si fronteggiano con la
prima, che viene interamente anco-
rata al substrato di ossido di silicio
e a uno dei due elettrodi latera-
li, mentre la seconda è rialzata di
qualche µm e ha un’estremità libe-
ra di vibrare su e giù, mentre l’altra
si appoggia a un supporto verticale
che la ancora al secondo elettrodo
laterale. In pratica, l’energia cineti-
ca dei movimenti farà cambiare la
capacità correlata e produrrà fra i
due elettrodi una tensione propor-
zionale all’energia introdotta, alla
massa delle due barrette, alla loro
distanza e alle proprietà dielettri-
che del condensatore equivalente
che formano.
Oggi si possono anche fare più
strati sovrapposti di barrette mo-
bili in modo tale da aumentare la
massa oscillante e aumentare la
carica elettrica tempovariante ot-
tenibile in risonanza alle vibrazioni
più comuni, tipicamente comprese
fra 50 e 100 Hz. La carica poi di-
venta tensione ai morsetti esterni
attraverso un opportuno circuito di
condizionamento e stabilizzazione,
che occorre anche caratterizzare
in modo tale da cercare di soddi-
sfare il più possibile le esigenze di
polarizzazione dell’applicazione da
alimentare.
Università in fermento
I Vibration Energy Harvester
(VEH) sfruttano un principio re-
lativamente semplice, che ha tut-
te le carte in regola per essere
competitivo, e il progetto europeo
è stato av-
viato all’ Esiee di Parigi in seno al
(Community Research and
Development Information Service)
proprio per cercare di aumentare
le dimensioni di questi preziosi di-
spositivi dai µm ai mm e persino
ai cm, in modo da ottenere densità
di energia confrontabili con quelle
delle attuali pile agli ioni di litio. Il
prototipo presentato dall’Esiee mi-
sura 10x10 mm 2 e usa una sfera di
tungsteno con massa di circa 4 mg
chiusa fra due molle a serpentina
che ne consentono il movimento
elastico con vibrazione di risonan-
za a 92 Hz, tale da permettere di ot-
tenere in uscita da 0,25 a 0,45 µW.
In una configurazione più evoluta
lo stesso prototipo ha dimostrato
di poter ricavare oltre 1,5 Vrms e
Fig. 2 – Schema semplificato di un EVEH che sfrutta
come elemento attivo un magnete capace di indurre
corrente su una spirale che produce in uscita una ten-
sione tempovariante
Fig. 3 – Il prototipo di VEH realizzato all’Esiee misura 10x10 mm2 e consente di ottenere circa 0,45
µW, ma i test dimostrano si può arrivare fino a 100 µW con opportuni accorgimenti