U SAD-u su senzori obavezni od 2008., a od 2014. morat će ih imati i svi auti proizvedeni u EU. David Blažević i Ervin Kamenar napravili su model koji ima ogroman tržišni potencijal, olakšava korištenje, a pritom je i ekološki prihvatljiviji jer znatno smanjuje baterijski otpad
RIJEKA – Riječki znanstvenici razvili su inovativno rješenje za jednu od prijekih potreba svjetske automobilske industrije, koja će morati biti riješena u bliskoj budućnosti. Svi automobili proizvedeni u SAD-u od 2008. godine moraju imati serijski ugrađeni senzor za mjerenje tlaka u gumama, a isto će rješenje morati primijeniti i automobili proizvedeni u Europskoj uniji od 2014. godine. No, problem sa senzorima je u tome što za pogon koriste baterije ograničenog trajanja.
BAST ili »Bežični autonomni senzor tlaka« koji su pod mentorsvom prof. dr. Saše Zelenike razvili doktorandi David Blažević i Ervin Kamenar s Tehničkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci, za rad ne treba nikakve baterije, već se pogoni vibracijama automobila koristeći piezoelektrični princip. Osnovni prototip razvijen je u samo šest mjeseci, a već je uspješno testiran na riječkim cestama, na Blaževićevom automobilu.
– Pratimo što se događa u svijetu i na izradu našeg rješenja motivirala nas je nova američka i europska zakonska regulativa. Mjerenje tlaka u gumama za cestovna vozila važno je radi održanja visokog stupnja sigurnosti vožnje. Prema istraživanju francuskog Securite Routiere, devet posto nesreća uzrokovano je nepravilnim tlakom guma, a podnapuhanost od samo 0.2 bara uzrokuje povećanje potrošnje goriva od dva posto, te ujedno skraćuje vijek trajanja guma za 25 posto, kažu Blažević i Kamenar.
Bežični senzori tlaka za gume nov su proizvod na tržištu i većina ih je pogonjena baterijama kojima proizvođači prognoziraju vijek trajanja do sedam do deset godina.
– No vijek trajanja najčešće je mnogo kraći i iznosi od tri do pet godina. S druge strane prosječan vijek vozila procijenjen je na 13 godina, što znači da će barem jednom biti potrebno izmijeniti baterije. Kod većine dostupnih senzora bateriju je nemoguće promijeniti bez obveznog odlaska kod vulkanizera i skidanja guma.
Odlučili smo napraviti senzor koji će eliminirati potrebu za baterijom, a ujedno će omogućavati jednostavnu instalaciju za svega nekoliko sekundi, montažom na ventil gume. Čak i oni senzori dostupni na tržištu koji za svoj rad ne trebaju bateriju, moraju se ugrađivati isključivo demontažom pneumatika pa su tim samim dosta kompleksniji od našeg sustava, pričaju Blažević i Kamenar.
Višestruke prednosti
Sustav BAST sastoji se od tri dijela: senzora tlaka, temperature i akceleracije s bežičnim odašiljačem, elektroničkog sklopa i generatora električne energije. Senzor se napaja pretvaranjem mehaničke energije vibracija vozila u električnu energiju koristeći pritom karakteristike piezoelektričnih materijala.
David Blažević ističe kako je koncept rada njihova sustava BAST koji se temelji na konceptu »žetve energije«, primjenjiv na cijeli niz drugih područja.
– Proces prikupljanja energije iz okoliša i pretvorbe u iskoristivu električnu energiju označava se terminom žetva energije, a posljednjih godina postao je jednim od udarnih područja znanstvenih istraživanja, objašnjava Blažević čiji je doktorat posvećen temi pretvaranja energije vibracija u električnu energiju korištenjem piezoelektričnih principa.
Koristeći koncept »žetve energije« moguće je izraditi pacemakere i slušne aparate koji će raditi bez baterija, ali i bežične prekidače za svjetlo te daljinske upravljače za TV. Senzori koji za svoj rad ne trebaju baterije omogućit će i lakše i jednostavnije bežično motrenje strukturnog integriteta mosta, motrenje rada obradnih strojeva, ali i služiti za dojavu šumskih požara.
Koncept žetve energije tako se kreće prema razvoju samopogonjenih uređaja koji nemaju potrebu za zamjenjivim izvorima energije.
– Uzimajući u obzir Mooreov i Geneov zakon koji govori o dvostrukom opadanju potrošnje energije digitalnih procesora svakih 18 mjeseci, jasno je da samoodrživi elektronički uređaji postaju stvarnost. Primjerice Nokia se prva pozicionirala na tržištu s modelom mobitela koji, dok je ugašen, puni bateriju iskorištavanjem energije elektromagnetskih valova, objašnjava Blažević.
– Piezoelektrični materijali na mehaničku deformaciju reagiraju razvojem napona, a može ih se naći u prirodi u obliku kvarca, topaza, svile pa čak i kosti. Generator se sastoji od piezoelektrične konzole i utega, a pogon BAST-a temelji se na pricipima žetve mehaničke energije vibracija automobila.
Kotač automobila trese se reagirajući na neravnine na cesti, a konzola se savija pod utjecajem utega, čime se na površini stvara izmjenični električni napon na elektrodama. Izmjenični napon se ispravlja i kondicionira u elektroničkom sklopu koji brine o tome da senzor dobije dovoljnu količinu energije za rad, objašnjavaju riječki znanstvenici.
Blažević i Kamenar uvjereni su da bi njihov izum olakšao korištenje senzora tlaka, produljio njihov vijek trajanja, ali i ne manje važno, ostvario znatno smanjenje baterijskog otpada.
– Baterije služe kao jednostruki izvor energije i nakon potrošnje njihovih kapaciteta one moraju biti prikladno odložene, što se u većini slučajeva ne događa. Samo u SAD-u na 16 milijuna novih vozila proizvedenih godišnje potrebno je 64 milijuna baterija, po jedna za senzor na svakoj od guma. Odstranjivanjem baterija, njih čak četiri po automobilu, lišavamo okoliš neželjenih kemikalija, a i samih uređaja, budući da je senzor zbog uvjeta u kojima se nalazi hermetički zatvoren i ugradnja zamjenske baterije je teško izvediva ili nemoguća.
Samim time u okolišu će se naći mnogo manje potrošenih baterija i guma ili senzora. U odnosu na postojeća bezbaterijska rješenja, naš uređaj donosi inovaciju u obliku mehanizma pretvorbe energije i u jednostavnosti zamjene i prijenosa uređaja s vozila na vozilo, s jednog seta kotača na drugi. Time se olakšava korištenje uređaja, a u isto vrijeme otvara i veliko »after-market« tržište svih vlasnika starijih automobila, koji bi po želji mogli ugraditi senzor, kažu mladi riječki znanstvenici.
Interes investitora
Projekt Blaževića i Kamenara dobio je financijsku potporu Poslovno-inovacijskog centra Hrvatske BICRO na natječaju »Proof of Concept«, gdje je u drugom krugu osvojio četvrto mjesto između osamdeset inovativnih projekata prijavljenih diljem Hrvatske. Tromjesečno sklapanje i ispitivanje prototipa provedeno je u Laboratoriju za precizno inženjerstvo pri Zavodu za konstruiranje u strojarstvu Tehničkog fakulteta u Rijeci. Voditelj laboratorija, ujedno i mentor doktorskih radova Blaževića i Kamenara je prof. dr. Saša Zelenika, pomoćnik ministra znanosti. Razvoj BAST-a djelomično je financiran u sklopu Zelenikinog državnog znanstvenog projekta »Podatljivi uređaji ultra-visoke preciznosti za upotrebu u mikro i nano tehnologijama«.
– Kako smo od BICRO-a dobili šest mjeseci za razvijanje projekta, zbog prekratkih rokova nismo mogli koristiti dijelove napravljene po narudžbi, već smo se snašli s elektronikom i materijalima dostupnim u trgovinama i preko interneta. Izrađeni prototip zato je zapravo »dokaz koncepta«, na čijim se temeljima kasnije može izraditi puno manji uređaj koji će biti veličine kapice ventila. Zahvalni smo na pomoći Laboratoriju za dinamiku strojeva na Tehničkom fakultetu koji nam je posudio potrebnu opremu, studentu Darjanu Petkoviću koji je s nama radio na BAST-u i kolegama sa Zavoda za konstruiranje na podršci, kažu Blažević i Kamenar.
Svoj su BAST nedavno predstavili na međunarodnoj znanstvenoj konferenciji EUSPEN u Stockholmu, gdje su brojne tvrtke pokazale zanimanje za uređaj. Blaževiću i Kamenaru nakon konferecije javio se i predstavnik inozemne tvrtke koja je zainteresirana iskoristiti BAST za svoje potrebe, a dvojica mladih riječkih znanstvenika već razvijaju ideje o izradi senzora koji će sam pumpati gumu.
Laboratorij za precizno inženjerstvo Tehničkog fakulteta u Rijeci u kojem su David Blažević i Ervin Kamenar razvili svoj inovativni senzor, surađuje s industrijom i akademijom, zahvaljujući opremi za ultra precizno mjerenje, a redovito ga koriste i brojni studenti.
– U laboratoriju radi velik broj studenata, koristeći se dostupnom opremom za prikupljanje podataka pri izradi diplomskih i završnih radova. Upravo sad jedan student u laboratoriju u sklopu svog diplomskog rada razvija sustav koji mehatronički oponaša let kolibrića. Studenti rade i na razvoju sustava za precizno pozicioniranje, a krajnji je cilj koristiti ga za mikromanipulacije i mikromontaže, kaže Ervin Kamenar, čiji se doktorat bavi temom preciznog pozicioniranja na mikro i nano razini.
Laboratorij raspolaže i pretražnim tunelirajućim mikroskopom, koji se koristi u edukacijske svrhe, kako bi se studentima pokazala atomska struktura grafita i zlata, ali i opremom za ultraprecizno mjerenje pomaka laserskom interferometrijom te opremom za lasersko beskontaktno mjerenje vibracija. Čime se sve riječki znanstvenici bave u ovom laboratoriju, može se pogledati na internetskoj stranici precenglab.uniri.hr.
