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水道管の損傷をリアルタイム検出する環境に優しいデバイス

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(Eco-friendly device developed at University of Limerick detects real-time pipe damage)

2021/5/12 アイルランド共和国・リムリック大学(UL)

・ UL とユニバーシティー・カレッジ・ダブリンが、水道管の損傷をリアルタイムに検出して水漏れを防止する、グリシンを使用した低コストで環境に優しいセンサーを開発。
・ 同大学が 2017 年より開発を続けているアミノ酸結晶ベースの同センサーでは、最小 2mm の漏れ穴の検出が可能。コンピューター・シミュレーションの結果、歪みや振動等の力に反応して発電する圧電効果を確認した。
・ パイプラインの漏れ検知は、持続可能な水源へのアクセスにおいて不可欠。漏れの早期検出には振動ベースの技術の有効性が立証されているが、現在の商用技術では電池や高コストの圧電材料を使用している。また、商用の加速度計は硬く柔軟性に欠ける構造のため、カーブしたパイプへの装着には不適当。
・ グリシンのようなバイオ分子は、毒性のある重金属や煩雑な処理が必要な現行の商用圧電デバイスを代替する、低コスト、無毒性で再生可能な圧電デバイスを提供する。フレキシブルで安価に製造できる新センサーは、構造体のヘルスモニタリングで使用されるセラミクスやポリマー製のものより性能が優れている。
URL: https://www.ul.ie/news-centre/news/eco-friendly-device-developed-university-limerick-detects-real-time-pipe-damage

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Cell Reports Physical Science 掲載論文(フルテキスト)
Flexible amino acid-based energy harvesting for structural health monitoring of water pipes
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386421001296?via%3Dihub

Summary

Biomolecular piezoelectric materials offer an inexpensive, non-toxic, and renewable alternative to current commercial piezoelectrics, which rely on toxic heavy elements. Currently, there is a lack of testing for real-world applications of these eco-friendly crystals. Here, we validate an amino acid-based sensor capable of real-time detection of pipe leakage, a global challenge for sustainable water access. The polycrystalline device demonstrates data-driven decision making in identifying degraded pipelines, exploiting the relationship between leak-induced vibration and piezoelectric voltage. The device has piezoelectric strain and voltage constants of 0.9 pC/N and 60 mV m/N. Peak voltage of ∼2 V is recorded in the low-dielectric film at high flow rates and large leak size. The glycine crystal sensors demonstrate much higher sensitivity than PVDF polymer patches. The sensors can operate over a range of test leak sizes, with the energy content of the worst leak state being >10 times that of a healthy pipe.

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