可用于未来自供电智能城市的新技术将很快在美国宇航局肯尼迪航天中心位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的游客综合大楼进行演示。伊兰·斯特恩是一名高级研究科学家佐治亚理工学院美国宇航局承包商特拉华北方公司(Delaware North Corporation)支持的一个200万美元的项目正在进行合作，该项目将建造一条4万平方英尺的照明室外人行道，展示压电在可再生能源方面的应用。
当压电材料被压缩、弯曲或振动时，会产生少量电荷。在游客中心利用这项技术，研究人员正在使用一种薄的锆钛酸铅陶瓷盘，它具有任何已知材料中最强的压电响应。斯特恩说:“就像海绵会挤出水一样，受压的压电元件也会挤出可以收集和储存的电能。”
为了这个独特的项目，研究人员设计了非常薄的、超高性能混凝土的地板腔。为了适应每个腔体，佐治亚理工学院的工程师们设计了一套新颖的定制电子系统:电路板、六块微型太阳能电池板、一块电池、led、一个蓝牙发射器、一个Wi-Fi发射器、微控制器和压电元件——所有这些都覆盖在一个承重玻璃砖顶部。
这种瓷砖有三种动力来源:压电、太阳能电池板和用于储能和夜间使用的小型可充电锂电池。当一个人的脚步触发这个自供电系统时，它会产生一个无线信号，向参观者通报NASA的太空任务、压电技术以及NASA和佐治亚理工学院之间的STEM合作。
斯特恩说:“没有人做过这样的东西——一个户外瓷砖系统，使用压电元件来触发定制的和现成的电子设备，并将它们耦合起来，用于人类互动。”“当你踩在承重玻璃砖上时，它会压缩压电元件，产生电荷，照亮腔体的125个led。”在整条步道上，大约有1000块不同颜色的玻璃砖闪闪发光。每个玻璃瓷砖都是路径上地球、火星、月球和国际空间站的马赛克图像中的一个像素。
斯特恩说:“压电元件还为游客的智能手机提供Wi-Fi或蓝牙信号，这些信号可以播放音频，提供有关他们的地理位置和潜在的寻路信息。”“音频提供了一些信息，比如一天中整个公园产生了多少能量。”
虽然每个压电元件每一步只能产生少量的能量，但在交通繁忙的地区，这种系统的聚合可以产生大量的电力，用于存储当地的街道标志、灯光和其他设施的电力。“压电元件的使用寿命很长，但这些都是模块化系统，随着时间的推移可以很容易地更新，”他说。玻璃盖可以被移除，这样压电元件和电子系统就可以用新技术进行更新。”
该网站的许多工程应用都是基于乔治亚理工学院乔治·w·伍德拉夫机械工程学院副教授Alper Erturk实验室的基础研究。例如，Erturk, Stern和他们的研究生利用了一种振动压电元件边缘的方法，称为拔振，允许压电材料固有的高谐振频率与人类尺度运动的低频耦合。这在生物力学能量收集方面有多种应用。
在未来的智能城市应用中，位于道路下方的压敏传感器网格可以产生无线实时信号，分发有关道路状况、温度或交通的信息。道路传感器和自动驾驶汽车可以共享信息，车辆可以通过道路的无线系统相互通信。由压电驱动的室内地板系统可以在不接入电网的情况下提供安全监测和传感功能。
“我们需要更灵活地使用电网，”斯特恩说。“我们的目标是开发更多的自供电、自发电系统，并增加存储，这将为我们在能源使用方面提供更多的选择，并最大限度地减少浪费。我们应该尽可能地将浪费的机械能——人和车辆的移动——转化为可用的能源产生和储存。”
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