Il WP3 ha avuto l'obiettivo di definire protocolli e procedure innovative per la progettazione di dispositivi di Energy Harvesting. Queste tecnologie permettono di recuperare energia dall'ambiente circostante per alimentare sensori commerciali in modo affidabile e resiliente, riducendo la dipendenza dalle batterie tradizionali e i relativi costi di manutenzione.
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Analisi Comparativa delle Fonti Energetiche
La ricerca ha analizzato il bilancio energetico di un nodo sensoriale alimentato in continuo attraverso diverse tecniche di recupero energetico, evidenziando prestazioni differenziate in base al contesto applicativo:
Fotovoltaico (Outdoor): Risultata la tecnica più performante grazie all’elevata radiazione solare disponibile, capace di alimentare un’intera rete di sensori wireless.
Radiofrequenza (RF/Wi-Fi): In ambiente outdoor non risulta ancora sufficiente per un'alimentazione continua, mentre in ambito indoor può sostenere un nodo sensoriale a patto di limitare la trasmissione dati a un massimo di una volta al giorno.
Piezoelettrico (KEH): Ideale per siti dove l’estetica o i vincoli conservativi impediscono altre installazioni (es. pavimentazioni). In questo caso, la frequenza di trasmissione è limitata a una volta a settimana, a seconda dell'intensità delle vibrazioni.
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Innovazioni nei "Vibration Energy Harvesters" (VEH)
Il team ha sviluppato protocolli specifici per convertire l'energia cinetica delle vibrazioni (meccaniche, stradali o umane) in elettricità per l'Internet of Things (IoT). Le attività si sono concentrate su:
Caratterizzazione della Sorgente: Classificazione delle vibrazioni in frequenza costante (motori), banda larga (traffico) e impulsi discreti (calpestio).
Tecnologie di Trasduzione:
Piezoelettrica: Alta densità di potenza e facilità di miniaturizzazione (tecnologia MEMS).
Magnetostrittiva: Basata sull’effetto Villari (es. Galfenol), offre elevata robustezza meccanica e durata in ambienti ostili.
Ottimizzazione del "Frequency Tuning": Utilizzo di tecniche non lineari (sistemi bistabili) per raccogliere energia su uno spettro di frequenze più ampio, superando i limiti dei sistemi lineari tradizionali.
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Circuiti di Power Management (PMC)
Per rendere utilizzabile l'energia irregolare recuperata, è stata definita l'architettura dei circuiti di condizionamento:
Raddrizzatori AC/DC: Dalle soluzioni a ponte di diodi a quelle attive a bassa caduta di tensione.
Convertitori DC-DC con MPPT: Necessari per l'adattamento dell'impedenza e la stabilizzazione della tensione a 3.3V.
Sistemi di Accumulo: Integrazione di supercondensatori o microbatterie al litio per gestire i picchi di consumo durante la trasmissione dati wireless (LoRa, Zigbee, Bluetooth).
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Deliverables e Prodotti della Ricerca
Tutti i protocolli di prova e i criteri di progettazione sono stati formalizzati nel documento ufficiale (scaricabile dal link):
Il futuro di queste tecnologie risiede nell'integrazione multisorgente (es. vibrazioni + solare) per garantire la continuità operativa dei sensori anche in assenza di stimoli meccanici costanti.