【创新】MIT 发明自供电传感器从环境中自动获取电磁能

麻省理工学院的研究人员开发了一种无电池、自供电的传感器，可以从环境中获取能量。因为它不需要充电或更换电池，也不需要特殊的布线，所以这样的传感器可以嵌入难以触及的地方，比如船上发动机的内部工作，可以自动收集机器的功耗和长时间运行的数据。

研究人员制造了一种温度传感装置，从电线周围的露天磁场中获取能量。人们可以简单地将传感器夹在通电的电线上——比如为电机供电的电线——它将自动采集和存储能量，用于监测电机的温度。

Emanuel E.Landsman电气工程与计算机科学（EECS）教授、机械工程教授、电子研究实验室成员Steve Leeb 是这篇关于能量采集传感器的论文的作者，文章发表在《IEEE传感器杂志》2024年1月刊。

通用的设计框架不仅限于获取磁场能量的传感器，还可以应用于使用其他电源的传感器，如振动或阳光。它可以用于为工厂、仓库和商业空间构建传感器网络，安装和维护成本更低。

操作指南

研究人员必须应对三个关键挑战，才能开发出有效的、无电池的能量采集传感器。

首先，系统必须能够冷启动，这意味着它可以在没有初始电压的情况下启动电子设备。他们通过集成电路和晶体管网络实现了这一点，使系统能够存储能量，直到达到一定的阈值。只有当系统存储了足够的电力以完全运行时，系统才会启动。

其次，该系统必须在没有电池的情况下有效地存储和转换其获取的能量。虽然研究人员本可以加上电池，但这会给系统增加额外的复杂性，并可能造成火灾风险。 为了避免使用电池，它们包含了内部储能器，包括一系列电容器。电容器比电池更简单，它将能量存储在导电板之间的电场中。电容器可以由多种材料制成，其性能可以根据一系列操作条件、安全要求和可用空间进行调整。

最后，设计人员开发了一系列控制算法，可以动态测量和预算设备收集、存储和使用的能量。微控制器是能量管理接口的“大脑”，它不断检查储存了多少能量，并推断是打开还是关闭传感器，进行测量，这样就可以为更复杂的传感需求收集更多的能量。

未来，研究人员计划探索低能耗的数据传输方式，如使用光学或声学。他们还希望更严格地建模和预测有多少能量可能进入系统，或者传感器可能需要多少能量来进行测量，这样设备就可以有效地收集更多的数据。

这项研究得到了美国海军研究办公室和格兰杰基金会的支持。