Implementación de un método bayesiano para la identificación de propiedades electromecánicas no lineales en recolectores de energía piezoeléctricos

Abstract

Los recolectores de energía piezoeléctricos (REP) son dispositivos usados para la recolección de energía en ambientes vibratorios. Esto se hace posible debido a que cuentan con capas de material piezoeléctrico, el cual genera una diferencia de potencial al ser deformado. En el último tiempo, estos dispositivos han recibido especial atención debido a su uso en lugares remotos y de difícil acceso, en donde las clásicas baterías electroquímicas dejan de ser viables debido a su baja autonomía y mantención. En la literatura se han desarrollado una gran variedad de modelos que pretenden predecir el comportamiento de estos dispositivos, con el objetivo de sintonizarlos de manera correcta. A pesar del avance de los modelos, las predicciones realizadas carecen de exactitud debido a imprecisiones en los procesos de manufactura, provocando grandes dispersiones en propiedades electromecánicas de estos dispositivos. Por otro lado, dispares comportamientos se presentan al excitar los recolectores con distintos niveles de amplitud de aceleración, reconociendo comportamientos lineales y no lineales. El presente trabajo tiene como objetivo la implementación de la metodología Bayesiana para la identificación de propiedades electromecánicas no lineales en recolectores de energía piezoeléctricos. Bajo esta metodología, fundamentada en el teorema de Bayes, se incorpora el aspecto probabilístico a los modelos, siendo posible atrapar las incertidumbres/dispersiones presentes en los parámetros. Estos, son actualizados mediante datos experimentales, con el fin de identificarlos y disminuir sus incertidumbres. Por otro lado, esta metodología permite la selección de modelos, compensando la exactitud y complejidad del modelo. Cuatro modelos predictivos fueron revisados, siendo el modelo principal un modelo no lineal analítico encontrado en la literatura. Los datos experimentales usados fueron datos de amplitud de oscilación y voltaje emitido por el recolector, en los cuales se puede notar el comportamiento dispar mencionado anteriormente. Permutando los datos experimentales usados, un total de 48 casos fueron revisados. Como resultados, se lograron identificar las propiedades electromecánicas no lineales buscadas, junto con predecir con una banda de dispersión los datos experimentales utilizados. Entre los modelos revisados, el modelo tres (que no considera un parámetro electromecánico no lineal), fue el modelo más adecuado para predecir voltaje emitido por el recolector, lo que en la práctica es útil debido a lo costoso que puede ser identificar con precisión este parámetro.