Khi nhắc đến năng lượng tái tạo, người ta sẽ nghĩ đến những cánh đồng pin mặt trời rộng lớn hoặc các tua-bin gió khổng lồ trên đồi và ven biển. Tuy nhiên, một hướng đi tiềm năng khác đang thu hút sự quan tâm của giới khoa học: khai thác năng lượng từ những dòng khí nhẹ bằng các cấu trúc mỏng dao động tự nhiên trong gió. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physics of Fluids do nhóm tác giả Shubham Giri và cộng sự thực hiện, đã đề xuất một thiết bị thu năng lượng gió mới, hoạt động dựa trên hiện tượng dao động flutter, với thiết kế đơn giản, chi phí thấp và khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Cốt lõi của nghiên cứu là việc sử dụng một tấm vật liệu polymer mỏng, linh hoạt, được gắn liền với một lớp vật liệu áp điện và đặt sau một hình trụ tròn. Khi dòng gió đi qua hình trụ, các dòng xoáy khí hình thành phía sau gây dao động mạnh cho tấm vật liệu — tương tự như cách một lá cờ bay trong gió. Quá trình dao động này làm biến dạng lớp vật liệu áp điện, từ đó sinh ra dòng điện. Đây là cơ chế chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng thông qua hiệu ứng áp điện – một trong những hướng tiếp cận hiệu quả trong lĩnh vực thu năng lượng môi trường (energy harvesting).

Điểm đáng chú ý trong nghiên cứu là hiện tượng đồng bộ dao động – hay còn gọi là lock-in. Khi tốc độ gió tăng vượt qua một ngưỡng nhất định, tấm vật liệu không còn dao động ngẫu nhiên mà bước vào trạng thái cộng hưởng, trong đó tần số dao động của tấm trùng với tần số tách xoáy của dòng khí. Trong trạng thái này, biên độ dao động tăng đáng kể, tạo ra biến dạng lớn hơn trên lớp vật liệu áp điện, và nhờ đó nâng cao đáng kể công suất đầu ra của thiết bị. Nếu như các thiết bị cùng loại trước đó chỉ tạo ra vài microwatt điện năng ở cùng tốc độ gió, thì thiết bị trong nghiên cứu này cho thấy khả năng nâng công suất lên cao hơn từ 100 đến 1000 lần nhờ tối ưu các yếu tố về hình dạng, độ dày, độ dài của tấm và kháng trở mạch điện.

Để đánh giá khả năng ứng dụng thực tế, nhóm tác giả đã phát triển một mạch chỉnh lưu và lưu trữ điện năng. Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị có thể cấp nguồn ổn định cho 20 đèn LED hoạt động liên tục, và thậm chí có thể thắp sáng 40 đèn LED trong thời gian ngắn bằng năng lượng đã tích trữ. Những kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng rõ rệt trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử công suất thấp như cảm biến môi trường, nút mạng không dây, hoặc thiết bị theo dõi ở các khu vực hẻo lánh, nơi khó tiếp cận với nguồn điện lưới.

Ưu điểm vượt trội của thiết bị là thiết kế không có bộ phận quay, không yêu cầu bảo trì thường xuyên, kích thước nhỏ gọn, có thể dễ dàng tích hợp vào các môi trường tự nhiên hoặc đô thị mà không gây tác động lớn đến cảnh quan. Đặc biệt, chi phí chế tạo thấp và khả năng mở rộng quy mô sản xuất cũng là những yếu tố giúp thiết bị này trở thành một giải pháp tiềm năng cho các hệ thống điện tử tự cấp nguồn trong tương lai.

Dù còn tồn tại một số thách thức như cần nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng và tối ưu cấu trúc cho từng điều kiện khí động cụ thể, nghiên cứu đã mở ra một lối đi mới trong lĩnh vực năng lượng sạch. Trong bối cảnh thế giới đang hướng đến các giải pháp năng lượng thông minh, phân tán và bền vững, công nghệ thu năng lượng gió dựa trên dao động flutter có thể đóng vai trò như một mảnh ghép quan trọng, góp phần xây dựng hệ sinh thái năng lượng tự cung tự cấp, thân thiện với môi trường và dễ triển khai ở nhiều quy mô.