La feuille artificielle tire son énergie du vent et des gouttes de pluie

Cet article fait partie de notre série exclusive IEEE Journal Watch en partenariat avec IEEE Xplore.

Lorsqu’il s’agit de récupérer de l’énergie à partir de l’eau ou du vent, la première pensée qui vient à l’esprit est probablement un immense barrage hydroélectrique ou un parc éolien. Mais pensez plus petit.

Des chercheurs italiens ont développé un système de récupération d'énergie qui peut être intégré aux plantes et qui produit de l'électricité à partir des gouttes de pluie ou du vent. Dans des conditions pluvieuses ou venteuses, l'appareil peut créer suffisamment d'électricité pour allumer les lumières LED et s'alimenter tout seul. Le nouveau dispositif est décrit dans une étude publiée le 28 février dans IEEE Robotics and Automation Letters.

Fabian Meder est un chercheur qui étudie la robotique douce bioinspirée à l'Institut italien de technologie (IIT), à Gênes, en Italie. Il note qu'un système s'appuyant sur les feuilles pour produire de l'énergie pourrait être particulièrement utile pour les applications agricoles et la surveillance environnementale à distance, où des capteurs auto-alimentés sont nécessaires pour observer la santé des plantes ou surveiller les conditions climatiques.

Le dispositif créé par Meder et ses collègues implique une feuille artificielle dotée d'une couche d'élastomère de silicone sur la partie inférieure et ajoutée parmi les feuilles d'une plante réelle. "Lorsque les [feuilles] bougent dans le vent, les deux surfaces se touchent et se séparent à nouveau, créant des charges statiques sur la cuticule des feuilles de la plante et sur notre appareil", explique Meder. « Ces charges sont induites dans le tissu cellulaire interne de la plante, où elles créent un courant. Nous pouvons récolter ce courant grâce à une électrode insérée dans le tissu végétal.

Plusieurs récupérateurs d'énergie existants intégrés dans les plantes utilisent une technique similaire pour créer de l'électricité à partir du vent, mais ce groupe de recherche a poussé son travail encore plus loin, permettant à leur appareil de récupérer également l'énergie des gouttes de pluie.

Alors que la couche d'élastomère de silicone se trouve au bas de la feuille artificielle pour générer et récolter les charges statiques dues au bruissement des feuilles, la feuille artificielle possède une couche différente d'éthylène propylène fluoré (FEP) sur sa face supérieure. Lorsque les gouttes de pluie tombent sur cette couche supérieure, elles chargent la surface et connectent les électrodes intégrées à l'intérieur et au-dessus de la feuille artificielle, créant ainsi un condensateur. À mesure que les gouttes de pluie rétrécissent et se propagent sur la surface de la feuille, le couplage capacitif entre les électrodes change, produisant un courant.

Une feuille artificielle crée de l'électricité à partir des gouttes de pluie et du ventyoutu.be

Dans leur étude, les chercheurs ont intégré leur système de feuilles artificielles dans les feuilles d’un laurier-rose vivant et ont évalué sa capacité à récolter de l’énergie en fonction de différentes quantités de pluie et de vent. Ils ont découvert que de simples gouttes d’eau créaient des pics de tension et de courant supérieurs à 40 volts et 15 microampères et pouvaient alimenter directement 11 lumières LED.

"Les résultats ont révélé que l'appareil permet de récolter l'énergie du vent et de la pluie, soit séparément, soit simultanément, ce qui en fait un récupérateur d'énergie multifonctionnel ou un capteur auto-alimenté", explique Barbara Mazzolai, directrice associée pour la robotique et directrice du programme Bioinspired Soft Robotics de l'IIT. Laboratoire, qui a également participé à l’étude.

Elle note que les systèmes de récupération d'énergie existants comme celui-ci, qui reposent uniquement sur l'énergie éolienne, ont tendance à produire moins d'électricité lorsque leurs surfaces deviennent humides. Les chercheurs rapportent cependant que leur nouvel appareil peut en réalité créer plus d'électricité dans des conditions humides, via sa couche supérieure en FEP pour récupérer l'énergie des gouttes de pluie.

Sur la base des résultats de cette étude, les chercheurs pensent que les performances de leur feuille artificielle peuvent probablement être encore améliorées grâce à des modifications de conception, telles que la forme des électrodes et les matériaux, par exemple.

«Nous avons déposé une demande de brevet sur cette technologie et analysons les marchés potentiels», explique Mazzolai. "Néanmoins, quelques recherches sont nécessaires avant de définir le produit final. Par exemple, nous souhaitons tester les systèmes en détail dans des conditions extérieures et de vent et de pluie très variables."