Китайські інженери зробили вітряний трибогенератор, адаптований для низьких швидкостей вітру. В його основі лежить ефект Бернуллі, який дозволив стабілізувати коливання двох гнучких смужок на вітрі. У результаті необхідна для ефективної роботи швидкість вітру впала майже вдвічі порівняно з іншими конструкціями. Стаття опублікована в журналі.
Трибоелектрогенератори (або трибогенератори) - це пристрої, які виробляють струм з тертя за схожим принципом з тим, як електризується шерсть. Джерело руху для трибоелектричного ефекту не важливе, найчастіше для підзарядки електроніки використовують рух людського тіла, а корейські вчені запитали іграшки від дотиків дітей. Якщо говорити про використання енергії вітру, то на даний момент у турбін немає конкурентів з точки зору потужності, але їх недоцільно будувати для харчування невеликих автономних пристроїв. У той же час, вітряний трибогенератор розміром менше долоні здатний живити погодний датчик або інші подібні прилади.
Продуктивність вітряних трибогенераторів можна збільшити за допомогою флаттера. Зазвичай так називають загибельний для літаків ефект, який руйнує крила, але проявляється він набагато ширше. Гнучкі тіла, як прапори, листя, коливаються на вітрі. При певних співвідношеннях розміру полотнища і швидкості вітру прапор і повітря увійдуть у резонанс, і інтенсивність коливань почне різко зростати, що зручно для генерації енергії.
Два десятиліття тому вчені експериментально з'ясували, що ефект Бернуллі може додатково збільшити амплітуду коливань. Відповідно до закону Бернуллі, при збільшенні швидкості потоку рідини або газу падає статичний тиск. У цьому легко переконатися без спеціальної апаратури: якщо взяти дві смужки паперу, піднести паралельно один одному на відстань пари сантиметрів і підути між ними, то вони злипнуться між собою. У разі коли два гнучких тіла розташовані на близькій відстані, ефект Бернуллі посилить їх флаттер і синхронізує фази коливань.
Група вчених з Чунцінського університету та Пекінського інституту наноенергетики і наносистем під керівництвом Сінь Ченя (Xin Chen) розробила вітряний трибогенератор, що використовує ефект Бернуллі. Його ключова деталь - дві смужки довжиною вісім сантиметрів, що складаються з шарів полівініденфториду і фторетиленпропілену, розділених шаром срібла. Їх розташували на невеликій відстані паралельно один одному і підвели дроти. У такому вигляді прилад вже може генерувати електрику від дунення вітру, але для вилучення максимальної потужності було важливо правильно підібрати дистанцію між смужками. Справа в тому, що при мінімальній відстані вони схильні коливатися синхронно, з нульовим зрушенням фаз. У даній конструкції це невигідно: генератор спроектований у розрахунку на періодичне зіткнення двох елементів. Якщо відстань буде занадто великою, то синхронізація пропаде зовсім, і коливання стануть хаотичними. Тому досвідченим шляхом інженери з'ясували, що найкраще буде встановити смужки на відстані чверті їх довжини. У цьому випадку вони коливаються в протифазі і стабільно стикаються.
Трибогенератор на основі ефекту Бернуллі хороший в першу чергу тим, що він пристосований до низьких швидкостей вітру. Більшість подібних пристроїв виходить на пік ефективності при швидкості потоку понад десять метрів на секунду, в той час як новий зразок добре працює вже при шести. При швидкості вітру від чотирьох до п'ятнадцяти метрів на секунду генератор видавав від 0,8 до 2,5 міліват, що достатньо для харчування портативних малопотужних приладів, таких як світлодіоди або метеодатчики.
Оскільки електронні пристрої в сучасному світі зустрічаються на кожному кроці, а буде їх ще більше, інженери придумують все нові нестандартні способи генерації струму. Наприклад, Boeing запатентувала електрогенератор на шумі літаків, а портативна гідротурбіна допоможе зарядити телефон у поході.