Projíždějící vlak rozvibruje kolejiště – a to dodá bezdrátovému senzoru potřebnou elektrickou energii pro jeho autonomní provoz a komunikaci, aby odeslal například informace o stavu koleje správci tratě. Princip, na kterém by mohla v budoucnu stavět správa železnic. Vytěžování nevyužívané okolní energie, tzv. energy harvesting, pro účely vlakové dopravy bylo tématem prvního projektu Horizon 2020, který FSI získala a který na konci února úspěšně skončil.
„Jde o specifické získávání elektrické energie pro specifickou aplikaci, které využívá v daném místě a čase pouze okolní energii,“ popsal princip energy harvestingu Zdeněk Hadaš z Ústavu mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky FSI. V případě projektu ETALON byla aplikace jasná od začátku: devět evropských partnerů pracovalo téměř tři roky na tom, jak využít energy harvesting pro potřeby signalizačních a komunikačních systémů v železniční dopravě.
Odborníci z Anglie a Itálie vyvíjeli řešení instalovaná na palubě vlaku, která mají monitorovat tzv. train integrity. Laicky řečeno hlídají, že vlak je stále celý a některá jeho část se cestou neodpojila. „Kolegové adaptovali už existující zařízení, které vyrábí elektřinu z vibrací náprav a momentálně se používá k monitorování stavu ložisek v nápravách. Vyvinuli a otestovali komunikační modul, který může být umístěn na vlaku, třeba i v dlouhé nákladní soupravě, a posílá přes celý vlak zprávu do lokomotivy, že je vlak v pořádku a nic se nerozpojilo,“ vysvětlil Hadaš.
Sám Hadaš se zapojil do druhého výzkumného směru, který se zaměřil na energii, jíž lze pro nízkopříkonové komunikační součástky vytěžit z železniční tratě. Na analýze současných řešení a zároveň fyzikálních principů, které by šly využít pro energy harvesting spolupracovaly se strojní fakultou i FEKT a FAST VUT.
„Vyvinuli jsme vibrační generátor, který lze umístit na pražec. Při testech v laboratořích VUT jsme dokázali pomocí vibrací simulujících průjezd vlaku získat množství elektrické energie dostatečné pro moderní komunikační senzory. Během šestivteřinového průjezdu vlaku vznikl dostatek elektřiny, aby zařízení 22 sekund vysílalo ven. To je dost na to, aby senzor odeslal zprávu například o tom, co se děje v kolejišti, třeba informace o deformaci koleje a podobně. Tento přístup by mohl být určitě zajímavý pro budoucí aplikace,“ uvedl Hadaš. Energeticky soběstačné moduly by mohly pomoci ušetřit nemalé prostředky, které správci tratí vydávají na instalaci a údržbu elektrických kabelů podél kolejí a jejich ochranu před zloději.
Pomocí vyvinutého zařízení lze získat jen velmi malé množství energie, v průměru několik jednotek až desítek miliwatt. „Pro moderní komunikační moduly to stačí, ale například pro napájení současných zabezpečovacích systému drah to není dostatečné. Potenciál vidím právě v možnosti monitorování stavu a degradace kolejiště, což by mimo jiné uspořilo významné prostředky za fyzickou kontrolu, která se dnes provádí,“ věří Hadaš.
Na skončený projekt ETALON navazují mimo jiné dva projekty financované TA ČR: jeden s českou firmou, která by ráda vyvinula senzory pro vlečky v hutích, lomech či dolech. Druhý projekt je ve spolupráci s odborníky z Tchaj-wanu.
I když je energy harvesting zajímavý pro celou řadu odvětví, podle Hadaše není reálné, že by byl za pár let svět osázený zařízeními na tomto principu. „Je to inovativní zdroj energie, který nemůže fungovat tak, že jím nahradíte baterii. Musíte inovovat i zařízení, které tento zdroj napájí. Zatím jsou to tedy skutečně speciální zařízení pro speciální použití,“ uzavřel Hadaš.