Wie Espenblätter Mars-Rover retten könnten

Flache, herzförmige Espenblätter mit dünnen, weißen Espenstämmen im Hintergrund.

Die Blätter und Stämme der Zitterpappel –Populus tremuloides– überDer Wilde Garten.


Die Technik, die Natur zu nutzen, um menschliche Probleme zu lösen, heißtBiomimikry. Forscher der University of Warwick in Coventry, England, sagten diese Woche (18.Populus tremuloides) – einen Energiegewinnungsmechanismus zu entwickeln, der Wettersensoren in feindlichen Umgebungen mit Strom versorgen könnte. Sie sagten, der Mechanismus könnte auch einer Backup-Energieversorgung dienen, die das Leben zukünftiger Mars-Rover retten und verlängern könnte.

Das ist gerade jetzt, nach dem Verlust derMars-Rover Gelegenheit, deren Solarstromversorgung im vergangenen Sommer einem großen Mars-Staubsturm zum Opfer fiel.


Wenn Sie noch nie in einem Espenwald waren, haben Sie etwas verpasst. Die Blätter dieser Bäume – allgemein genanntQuakiesin einigen Teilen des Südwestens der USA – zittern bei der leichtesten Brise. Viele Leute finden sieerholsam, und sie sind sicherlich einzigartig schön.

Diese Ingenieurforscher sahen in Espenblättern noch etwas anderes. Sie fanden heraus, dass die zugrunde liegenden Mechanismen, die das Zittern eines Espenblattes bei schwachem Wind erzeugen, elektrische Energie, wie sie sagten, „effizient und effektiv“ erzeugen könnten. Sie entwarfen ein dem Blatt nachempfundenes Gerät, das vom Wind erzeugte Bewegungen ausnutzt. Ihre Arbeit istveröffentlichtinAngewandte Physik Briefe, welches istüberprüftvon mehreren Herausgebern und Fachgutachtern.

der Universität von WarwickSam Tucker Harvey– ein Ph.D. Kandidat in den Ingenieurwissenschaften – ist Hauptautor des Papiers. Er sagte:

Das Besondere an diesem Mechanismus ist, dass er eine mechanische Möglichkeit zur Stromerzeugung ohne den Einsatz von Lagern bietet, die in Umgebungen mit extremer Kälte, Hitze, Staub oder Sand nicht mehr funktionieren kann. Obwohl die potenzielle Energiemenge, die erzeugt werden könnte, gering ist, wäre sie mehr als genug, um autonome elektrische Geräte, wie zum Beispiel in drahtlosen Sensornetzwerken, mit Strom zu versorgen. Diese Netzwerke könnten für Anwendungen wie die Bereitstellung einer automatisierten Wettererfassung in abgelegenen und extremen Umgebungen verwendet werden.




IngenieurprofessorenPetr DenissenkoundIgor A. Khovanov, beide von der University of Warwick, sind Mitautoren des neuen Papiers. Denissenko bemerkte, dass eine zukünftige Anwendung als Backup-Stromversorgung für zukünftige Mars-Lander und -Rover dienen könnte. Er sagte:

Die Leistung des Mars-Rovers Opportunity übertraf bei weitem die kühnsten Träume seiner Designer, aber selbst seine fleißigen Sonnenkollektoren wurden wahrscheinlich schließlich von einem Staubsturm von planetarischem Ausmaß überwältigt. Wenn wir zukünftige Rover mit einem auf dieser Technologie basierenden mechanischen Backup-Energie-Harvester ausstatten könnten, könnte dies das Leben der nächsten Generation von Mars-Rovern und -Landern verbessern.

ZUStellungnahmevon diesen Wissenschaftlern erklärt:

Der Schlüssel zum schwach windigen, aber großen Köcher der Espenblätter liegt nicht nur in der Form des Blattes, sondern vor allem in der effektiv flachen Form des Stängels.


Die Forscher der University of Warwick verwendeten mathematische Modellierung, um ein mechanisches Äquivalent des Blattes zu entwickeln. Anschließend testeten sie in einem langsamen Windkanal ein Gerät mit einem freitragenden Balken wie dem flachen Stamm des Espenblattes und einer gebogenen Blattspitze mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt, die wie das Hauptblatt wirkt.

Das Blatt wurde dann senkrecht zur Strömungsrichtung ausgerichtet, was es der Erntemaschine ermöglicht, bei ungewöhnlich niedrigen Windgeschwindigkeiten wie das Espenblatt autarke Schwingungen zu erzeugen. Die Tests zeigten, dass sich der Luftstrom an der Rückseite des Blattes anlagert, wenn die Geschwindigkeit des Blattes hoch genug ist, und somit eher einem Tragflügel ähnelt als den normalerweise im Zusammenhang mit der Windenergienutzung untersuchten Störkörpern.

In der Natur wird die Neigung eines Blattes zum Zittern auch durch die Tendenz des dünnen Stängels erhöht, sich im Wind in zwei verschiedene Richtungen zu drehen. Die Forscher, die modellierten und testeten, stellten jedoch fest, dass sie die zusätzliche Komplexität eines weiteren Bewegungsgrades in ihrem mechanischen Modell nicht replizieren mussten. Die einfache Nachbildung der grundlegenden Eigenschaften des flachen Stängels in einem freitragenden Balken und einer gebogenen Klingenspitze mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt, die wie das Hauptblatt wirkt, reichte aus, um ausreichend mechanische Bewegung zu erzeugen, um die Kraft zu ernten.

Die Forscher sagten, dass sie als nächstes untersuchen werden, welche auf mechanischen Bewegungen basierenden Stromerzeugungstechnologien dieses Gerät am besten nutzen können und wie das Gerät am besten in Arrays eingesetzt werden könnte.


Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Espenblätter zittern? Und auf ihr charakteristisches Rascheln lauschen? Schauen Sie sich dieses Video an:

Fazit: Espenblätter sind bekannt für ihren einzigartigen Köcher bei der leichtesten Brise. Ihre Bewegung inspirierte Forscher der University of Warwick, einen neuen Energiegewinnungsmechanismus für Wettersensoren zu entwickeln, der auch als Backup-Energieversorgung für zukünftige Mars-Rover dienen könnte.

Quelle: Ein galoppierender Energy Harvester mit Strömungsaufsatz

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