Verschillen in luchtvochtigheid omzetten in beweging

Nieuwe 'verdampingsmotoren' op basis van reacties op luchtvochtigheid bij bacteriën zouden als mini-aandrijving kunnen dienen voor beweging of als minigenerator voor het opwekken van elektriciteit. Deze motoren starten en werken autonoom; al wat hiervoor nodig is, zijn sporen en waterdamp.

In tegenstelling tot de natuur, maken mechanische systemen slechts sporadisch gebruik van verdamping als energiebron. Onderzoekers aan de Columbia-universiteit in New York City willen nu verschillen in luchtvochtigheid omzetten in beweging om energie op te wekken uit de omgeving, dat bericht Mechatronica & Machinebouw op basis van een artikel uit Nature.

Bacterie in actie

De wetenschappers baseren hun systeem op de bacterie Bacillus subtilis in sporevorm, wat een ‘slapende’ toestand is om ongunstige omstandigheden te overleven. In een omgeving met hoge luchtvochtigheid, zwellen deze sporen op, bij lage luchtvochtigheid krimpen ze weer. Om dit verschijnsel in te zetten bij het opwekken van nuttige bewegingen, brachten de onderzoekers een laag van deze sporen aan op één kant van een kunststof membraan. Daardoor krult dit membraan op bij lage luchtvochtigheid en strekt het zich uit bij hoge luchtvochtigheid. Door vervolgens op een langwerpig membraan steeds een laagje aan de ene en dan weer aan de andere kant aan te brengen, wisten de onderzoekers een ‘kunstmatige spier’ te maken die zich in een s-vorm kan samentrekken tot een kwart van zijn lengte.

Roterende en lineaire beweging

Vervolgens ontwikkelden de onderzoekers een manier om hieruit energie te halen. Via de reacties van deze spieren op vochtigheidsveranderingen konden ze rotaties en lineaire bewegingen (zoals een zuiger) verwezenlijken.

In een eerste ontwerp werden de kunstspieren in een afgesloten waterbakje geplaatst en verbonden met klepjes in het deksel. Wanneer de klepjes gesloten zijn, stijgt de luchtvochtigheid en openen de klepjes. Daardoor daalt de luchtvochtigheid weer en sluiten de klepjes, waarna de cyclus weer van vooraf aan kan beginnen.

In een ander ontwerp werden strookjes aan een wiel bevestigd. Door een stuk vochtig vloeipapier aan één helft van het wiel te hangen, rekken de strookjes daar uit en neemt het moment toe. Aan de andere kant van het wiel krullen ze juist op en neemt het moment weer af. Daardoor gaat het wiel draaien.

Tijdens een demonstratie lieten de onderzoekers een Lego-karretje (met een gewicht van 0,1 kg) rijden dankzij verdamping van water dat zich in het karretje bevond en kon een generator die zich op water bevond voldoende stroom opwekken om een ledlamp te doen branden.

Dergelijke 'verdampingsmotoren' zouden kunnen worden toegepast om sensoren en kleine actuatoren aan te drijven die in een natuurlijke omgeving worden ingezet.

Bekijk de mogelijkheden in volgend filmpje: https://www.youtube.com/watch?v=d_VkSPV7d2I

Ook Sirris onderzoekt de mogelijkheden van biologische energieopwekking binnen het TETRA-IPEH-project, samen met VUB. Hier kunt u meer te weten komen over dit project!

Contact Vrije Universiteit Brussel: An Braeken, docent Vakgroep Industriële Ingenieurswetenschappen (INDI), tel. +32 2 559 02 63

(Foto: Chen et al.)