環境に優しい技術であるエナジーハーベスティングは、太陽光発電や風力発電を超えて、車のエンジンや電車の通過によって発生する振動など、日常生活で未使用または廃棄されたエネルギーから発電します。最近の興味深い研究は、レゴ ブロックの組み立てに似た再構成可能な新しいタイプのメタサーフェスを使用してエネルギー ハーベスティングの効率を高めることを目的としています。

共同研究チームは、コンポーネントを着脱することで自由に構成できる多機能弾性メタサーフェスを実用化に向けて開発した。この研究表示されますで先端科学。

メタマテリアルは、波長間の関係を利用して光、振動、音などの波エネルギーを操作する人工的に設計された構造です。この機能を活用すると、エネルギーハーベスティング圧電コンポーネントに弾性波を集めることができるため、発電効率が向上します。しかし、メタマテリアルを構成する梁の理論解析には限界があるため、その動作は単一の周波数に限定され、用途が特定の目的に限定されるため、実際の構造物での実用化には課題が生じています。

研究チームは、従来のオイラー・ベルヌーイ梁理論の代わりにティモシェンコ・エーレンフェスト梁理論を採用することで、これらの限界を克服しました。前者の特徴は、梁のせん断変形や回転慣性の影響など、弾性の基本的な特性を考慮していることです。この研究は、この理論を弾性メタマテリアル研究に初めて適用したことを示しています。

研究者らは、ティモシェンコ・エーレンフェストのビーム理論を使用して、弾性波の位相変調のための弾性メタマテリアルを解釈し、モデル化することに成功しました。さらに、彼らは、複数の構造を取り付けたり取り外したりできる、新しいタイプのティモシェンコ・エーレンフェストのビームベースの再構成可能弾性メタサーフェス (TREM) を製造しました。TREM は、その用途に応じてその表面を再構築することができ、異常な波の屈折、波の集束、自己加速波の伝播、広い周波数範囲にわたる全波の反射などのさまざまな波現象の制御を可能にします。

特に、チームの TREM は弾性物質の収穫において優れた効果を実証しました。波動エネルギー、圧電コンポーネントの電気出力を最大 8 倍強化します。これは、圧電エネルギーハーベスティング システムとしてのその価値を強調します。

浦項工科大学（POSTECH）の機械工学科、化学工学科、電気工学科のJunsuk Rho教授と機械工学科のPh.D/MS学生Geon Lee氏が、工学部のMiso Kim教授に加わりました。成均館大学（SKKU）の先端材料科学と工学がこのプロジェクトに協力します。

ロー教授は、「多機能かつ広い周波数範囲で動作するように設計された、新しく開発されたメタサーフェスは、環境発電、特に周囲エネルギーの環境に優しい利用において非常に貴重であることが証明されると信じています。この技術とその応用は、構造健全性モニタリング、ワイヤレスセンシング、モノのインターネットにおいては、さまざまな分野にわたって重要な貢献ができる大きな可能性を秘めています。」