INFORME DE CIRCUITOS V LATEX VOL. 1, NO. 1, MAYO 2015 1

Resumen: Energy Harvesting from Human Motion:Exploiting Swing and Shock Excitations, Smart

Materials and StructuresLaura L. Lugo, Codigo 223569. Julio A. Rey, Codigo 25451406. Luis E. Cuesta, Codigo 25451424.

Abstract—En el paper se habla de dos tecnicas de cosecha queofrecen una forma de suministro de los sistemas de sensores sinla necesidad de baterıas y mantenimiento. En donde la primeracosechadora swing-motion: utiliza el movimiento de oscilacion delpie y el segunda shock-excited: trabaja con la resonancia a golpede talon.

Keywords—Cosechadora, swing-motion, oscilacion, resonancia.

I. INTRODUCCION

En la actualidad se busca que las cosas que manipulamoscotidianamente sean cada vez mas pequenas y su conexionsean mas versatil y sencilla. Ya que estamos acostumbradosa llevar con nosotros todo lo que necesitamos en un espacioreducido, como lo es un bolsillo o un bolso. Por tanto ungrupo de investigadores estan apostando todo a la creacion deun mundo sin baterıas, el cual pueda ser alimentado de formaautonoma mediante la recoleccion de energıa del entornoen donde se encuentra, por medio de campos de energıa, acontinuacion se expondran dos metodos viables para cumplircon este objetivo.

II. METODOA. Cosechadora Swing-motion

Esta cosechadora tiene como objetivo desarrollar un dis-positivo pequeno que se pueda integrar con facilidad a loszapatos. El diseno se conforma de: imanes los cuales sonconcentricamente colocados en la lınea separada por un aceroferromagnetico, de tal manera que se cree una pila alargada,como se puede observar en la figura.

Fig. 1: Diseno bobina

En la figura se puede ver el comportamiento de los imanesal oponerse a la polarizacion, en la figura a) se ven las lineasde flujo y en la b) la direccion del flujo magnetico.

cada iman entra en una bobina en el mismo tiempo y con lamisma velocidad. alternando por lo tanto el flujo magnetico,induciendo una tension en cada bobina simultaneamente. Lo

que permite la superposicion de la tension a traves de lasbobinas conectadas en serie, reduciendo ası los requerimientossobre la electronica de administracion de energıa,que en el casomas simple puede ser un circuito de rectificacion.

Como la pila de iman se mueve a traves del canal debido alas excitaciones externas, se induce una tension en el que rodealas bobinas y los flujos de corriente a traves de los devanadosde la bobina. Esta corriente provoca un campo magnetico, quese opone al campo de la pila del iman y por lo tanto ejerceuna fuerza sobre los imanes. La ecuacion de movimiento seda en:

mx′′ = Fext − faire(x, x′)− FR(x

′)− Fe(x′) (1)

Se considera la entrada de aceleracion externa debido almovimiento del pie Fext, las fuerzas debido a la compresionde aire FAire (x,x’) , fuerzas de friccion FR(x’) y la fuerza deamortiguacion electrica F.

B. Cosechadora shock-excitedEsta es una tecnica de frecuencia de conversion ascendente

que parece ser una solucion practica para la conversion de acel-eracion de pulsos en energıa electrica utilizable. En terminosde usabilidad, es pertinenete hablar sobre el tamano, el cualaplica los mismos requerimientos acerca de las dimensionescomo se expuso en el caso de la cosechadora swing. Por tantosu tamano no debe exceder a las dimensiones de un tacon dezapato normal.

La frecuencia se puede variar. Para la optimizacion delos parametros de diseno variable de que fue desarrollado elmodelo de sistema basado en ecuaciones diferenciales:

Jϕ =∑

Mi =∑

Mex +∑

Mg +Md,e +Md,m +MFm

(2)El coeficiente de amortiguacion mecanica se determino

experimentalmente. La fuerza magnetica Fm entre la repulsionde imanes cambia con la variable de una manera no lineal eintroduce una rigidez en el sistema. La fuerza magnetica quequeda genera un momento de torsion de la siguiente manera:

MFm = Fm(ϕ) · LFm (3)

III. SIMULACIONLos resultados de la simulacion se pueden ver en la

figura. La estimacion de potencia es razonablemente cercade los resultados experimentales. Sin embargo, la caıda en

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Fig. 2: Grafica de potencia media a diferentes velocidades delmovimiento.

la produccion de energıa cuando se produce la transicionde los movimientos bruscos de caminar rapido a los suavesmovimientos de trote lento no es muy concordante frente a lasimulacion.

IV. CONCLUSIONSe puede observar que las cosechadoras cumplen con los

objetivos propuestos al principio, pero apesar de eso ambosdispositivos muestran que la energia producida depende de lapersona que realice la prueba y la cosechadora en la que masse ve recalcado este inconveniente es la swing-motion.

REFERENCES

[1] Starner T , 2005, Low-Power Electronics Design (Boca Raton: CRCPress) ch 45

[2] Ylli, K., Energy Harvesting from Human Motion: Exploiting Swing andShock Excitations, Smart Materials and Structures, Vol 24