La foglia artificiale trae energia dal vento e dalle gocce di pioggia

Questo articolo fa parte della nostra esclusiva serie IEEE Journal Watch in collaborazione con IEEE Xplore.

Quando si tratta di raccogliere energia dall’acqua o dal vento, il primo pensiero che viene in mente è probabilmente un’enorme diga idroelettrica o un parco eolico. Ma pensa in piccolo.

Alcuni ricercatori in Italia hanno sviluppato un sistema di raccolta dell’energia che può essere incorporato nelle piante e crea elettricità dalle gocce di pioggia o dal vento. In condizioni di pioggia o vento, il dispositivo può creare abbastanza elettricità per accendere le luci a LED e autoalimentarsi. Il nuovo dispositivo è descritto in uno studio pubblicato il 28 febbraio su IEEE Robotics and Automation Letters.

Fabian Meder è un ricercatore che studia robotica morbida bioispirata presso l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), a Genova, Italia. Egli osserva che un sistema che si basa sulle foglie per produrre energia potrebbe essere particolarmente utile per applicazioni agricole e monitoraggio ambientale remoto, dove sono necessari sensori autoalimentati per osservare la salute delle piante o monitorare le condizioni climatiche.

Il dispositivo creato da Meder e dai suoi colleghi prevede una foglia artificiale che ha uno strato di elastomero siliconico lungo il fondo e viene aggiunta tra le foglie di una pianta vera. “Quando le [foglie] si muovono nel vento, le due superfici si toccano e si separano nuovamente, creando cariche statiche sulla cuticola delle foglie della pianta e sul nostro dispositivo”, spiega Meder. “Queste cariche vengono indotte nel tessuto cellulare interno della pianta, dove creano una corrente. Possiamo raccogliere questa corrente mediante un elettrodo inserito nel tessuto vegetale”.

Diversi raccoglitori di energia esistenti incorporati nelle piante utilizzano una tecnica simile per creare elettricità dal vento, ma questo gruppo di ricerca ha fatto un ulteriore passo avanti, consentendo al proprio dispositivo di raccogliere energia anche dalle gocce di pioggia.

Mentre lo strato di elastomero siliconico si trova lungo il fondo della foglia artificiale per generare e raccogliere le cariche statiche dal fruscio delle foglie, la foglia artificiale ha uno strato diverso, di etilene propilene fluorurato (FEP) sul lato superiore. Quando le gocce di pioggia cadono su questo strato superiore, caricano la superficie e collegano gli elettrodi incorporati all’interno e sopra la foglia artificiale, creando un condensatore. Quando le gocce di pioggia si restringono e si diffondono sulla superficie della foglia, l'accoppiamento capacitivo tra gli elettrodi cambia, producendo una corrente.

La foglia artificiale crea elettricità dalle gocce di pioggia e da windyoutu.be

Nel loro studio, i ricercatori hanno incorporato il loro sistema di foglie artificiali all’interno delle foglie di una pianta di oleandro vivente e ne hanno valutato la capacità di raccogliere energia con quantità variabili di pioggia e vento. Hanno scoperto che singole gocce d’acqua creano picchi di tensione e corrente di oltre 40 volt e 15 microampere e possono alimentare direttamente 11 luci a LED.

"I risultati hanno rivelato che la raccolta di energia del vento e della pioggia è possibile con il dispositivo, separatamente o simultaneamente, rendendolo un raccoglitore di energia multifunzionale o un sensore autoalimentato", afferma Barbara Mazzolai, direttore associato per la robotica e direttore del progetto Bioinspired Soft Robotics dell'IIT. Laboratorio, anch'egli coinvolto nello studio.

Nota che i sistemi di raccolta dell’energia esistenti come questo, che si basano esclusivamente sull’energia eolica, tendono a produrre meno elettricità quando le loro superfici si bagnano. I ricercatori riferiscono, tuttavia, che il loro nuovo dispositivo può effettivamente creare più elettricità in condizioni di bagnato, attraverso il suo strato superiore in FEP per raccogliere energia dalle gocce di pioggia.

Sulla base dei risultati di questo studio, i ricercatori ritengono che le prestazioni della loro foglia artificiale possano probabilmente essere ulteriormente migliorate attraverso modifiche progettuali, come ad esempio le forme degli elettrodi e dei materiali.

“Abbiamo depositato una domanda di brevetto sulla tecnologia e stiamo analizzando i potenziali mercati”, spiega Mazzolai. “Tuttavia, sono necessarie alcune ricerche prima di definire il prodotto finale: ad esempio, vogliamo testare i sistemi in dettaglio all’aperto e in condizioni di vento e pioggia fortemente variabili”.